全身カウント

保健物理学では、全身計測とは人体内の放射能 を測定することを指します。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。特定の状況では、ベータ放射体も測定できますが、感度は低下します。使用される機器は通常、全身カウンタと呼ばれます。

これは、放射能汚染管理区域から退出する人の全身の外部汚染をチェックするために放射線防護の分野で使われる用語である、人員退出監視に使用される「全身モニター」と混同してはならない。^[1]

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、そのエネルギーが逃げるのに十分な場合、それを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のいずれかを人体の近くに配置することで行われます。放射性崩壊によりガンマ線が発生することがありますが、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、人体から逃げることができません。そのため、測定分析ではこの点を考慮する必要があります。全身計測は、実験用途でのみ、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を検出するのに適しています（二次X線またはガンマ線を測定することによって）。^[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、さまざまな姿勢をとることができます。検出器は 1 台でも複数でもかまいません。また、固定式でも移動式でもかまいません。全身計測の利点は、体の内容物を直接測定し、間接的な生物学的検定法 (尿検査など) に頼らず、肺内の不溶性放射性核種を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、特別な状況を除いてガンマ線放射体にしか使用できず、外部汚染を内部汚染と誤認する可能性があることです。後者のケースを防ぐには、まず個人の綿密な除染を実施する必要があります。全身計測では、同様のガンマエネルギーを持つ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主に人体によって遮蔽されるため、外部からは検出されませんが、アルファ崩壊による同時ガンマ線や、親核種または娘核種からの放射線が検出されることがあります。

あらゆる放射線検出器は相対的な機器です。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（活性）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、放射性物質の既知の分布と既知の活性を含む「ファントム」と呼ばれる装置で較正されます。業界標準として認められているのは、ボトル マネキン アブソーバー ファントム (BOMAB) です。BOMAB ファントムは 10 個の高密度ポリエチレン コンテナで構成され、高エネルギー光子 (200 keV < E < 3 MeV) を放出する放射性核種を測定するように設計された生体内計数システムの較正に使用されます。

生体内計数システムの較正には多くの異なるタイプのファントムが使用されていたため、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数専門家の国際会議では、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。 ^[3]会議出席者のコンセンサスは、BOMABファントムの標準仕様が必要であるということでした。BOMABファントムの標準仕様は、生体内測定システムを較正するための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ように設計されています。

適切に設計された計数システムでは、ほとんどのガンマ線放射体（>200 keV）を、人体に悪影響を与えるレベルよりはるかに低いレベルで検出できます。放射性セシウム（Cs-137）の一般的な検出限界は約 40 Bq です。年間摂取制限（つまり、作業員の被ばく限度である 20 mSv に等しい線量を人に与える量）は約 2,000,000 Bq です。すべての人間の体内に存在する自然発生的な放射性カリウムの量も簡単に検出できます。全身のカウントがゼロに近づくにつれて、カリウム欠乏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である理由は、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、これは低バックグラウンド鋼でできた非常に厚い壁(約 20 cm) のある小さな部屋で、薄い鉛の層 (約 1 cm) で覆われている場合もあります。この遮蔽により、室内の バックグラウンド放射線を数桁削減できます。

システムの計数構造に応じて、カウント時間は 1 分から約 30 分までです。カウンターの感度は計数時間によって異なるため、同じシステムでは、カウントが長いほど検出限界は高くなります。検出限界は、最小検出活性 (MDA) とも呼ばれ、次の式で表されます。

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

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、詳細な分析のトリガー ポイント)。

1950年、レオニダス・D・マリネッリは、 1920年代初頭から1930年代にかけてラジウムを注射され、原子爆発や産業および医療における事故による被曝で汚染された人々の測定に低レベルガンマ線全身カウンターを開発し、応用した^{[4] [5]}マリネッ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含有量を測定した。^{[6] [7] [8] [9] [10] [11]} マリネッリの全身カウンターは、1952年にシカゴ大学ビリングス病院で初めて使用された。 ^[12]

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