Development of a simple dosimeter for Bluetooth

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K10326
• Research Institution: Gunma Paz University
• Principal Investigator: 齋藤 祐樹 群馬パース大学, 保健科学部, 准教授 (00849341)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 根岸 徹 東京都立大学, 人間健康科学研究科, 准教授 (00259144) ; 小倉 泉 東京都立大学, 人間健康科学研究科, 教授 (50204160)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 半導体線量計 / 診断用X線装置 / Bluetooth / Web Bluetooth API

Outline of Annual Research Achievements

開発中のBluetooth対応放射線測定システム（ESP32）は1 shotパルスのみ対応する。ESP32のマイクロコントローラは電源がONされている間中、処理を実行するため、入力電圧が100 mVを超えたときに無線を送信し、100 mVより小さいときは無線を送信させない必要があった。これを実現させるためにフラグを用いて、1パルス終了したら0 Vを送信することで受信側に送信終了を伝えることができた。一方、受信側のWeb Bluetooth APIはESP32からの信号が送信されたときのみ受信しイベント処理が実行される。Bluetoothの通信はパケット通信であるため、受信した都度、空気カーマの算出、および、グラフ描画を行うとPCのCPUに負荷がかかるため、終了を合図する0 Vを受信したときデータの最後と認識し、電圧値を空気カーマ率に変換し照射時間を乗算させ空気カーマと照射時間を表示、および、電圧値と照射時間のグラフ描画を行わせた。このグラフ描画により視覚的にX線装置の状態を把握することが可能になった。
ESP32の空気カーマ率範囲は3590 uGy/s～32893.7 uGy/sであった。電圧と空気カーマ率は　3次関数で近似でき、決定係数R2は0.99で相関は強かった。
ESP32は、各管電流において60 kV以下は検出すことはできなかった。また、200 mAのとき120 kV以上、および、320, 400 mAのとき100 kV以上では空気カーマは飽和していた。60 kV以下が検出できないのはESP32の送信しきい電圧が100 mVであるためである。ESP32のノイズにより100 mVよりしきい電圧を下げることができなかった。ノイズ対策が必要である。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

令和2年度には検出器部（フォトダイオード）と無線部（Bluetooth:ESP32）の開発であったが表示のWeb Bluetooth APIも併せて開発した。よって、令和3年度は令和2年度の微調整を行う。

Strategy for Future Research Activity

目的としているBluetooth対応簡易形線量計および表示部のWeb Bluetooth APIのプロトタイプ開発は終了している。問題点として①線量の測定レンジを上げること、②量産化のために基板の修正、③コスト削減のためESP32の小型化があげられる。問題点①を改善するためには無線の電気ノイズを抑える必要がある。

Causes of Carryover

Bluetooth対応簡易形線量計の運用評価として、javascript chart線量波形と管電圧波形を比較するために直接接続形管電圧管電流計が必要となる。この試験で両者の相関が取れれば管電圧の精度を線量計波形から評価できるため臨床的意義は大きい。