(57)【要約】【課題】中性子線をより精度よく検出する。【解決手段】中性子線を検出する中性子線検出装置１００であって、放射線が入射すると光を発生させるシンチレータ１３と、シンチレータ１３で発生した光を光信号として検出する光検出器１５と、光検出器１５によって検出された光信号に含まれる中性子線の信号から中性子線の線量を算出する線量算出部２１と、を備え、線量算出部２１は、光検出器１５において検出された光信号に基づく波高分布に対して、予め取得した所定の線種に係る波高パターンを対応させ、対応させた結果に基づいて中性子線の線量を算出する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中性子線を検出する中性子線検出装置であって、
放射線が入射すると光を発生させるシンチレータと、
前記シンチレータで発生した光を光信号として検出する光検出器と、
前記光検出器によって検出された前記光信号に含まれる中性子線の信号から中性子線の線量を算出する線量算出部と、を備え、
前記線量算出部は、前記光検出器において検出された前記光信号に基づく波高分布に対して、予め取得した所定の線種に係る波高パターンを対応させ、対応させた結果に基づいて前記中性子線の線量を算出する、中性子線検出装置。
【請求項２】
前記線量算出部は、中性子線に係る波高パターンを予め取得し、前記光検出器において検出された前記光信号に基づく波高分布に対して前記中性子線に係る波高パターンを対応させ、対応させた前記中性子線に係る波高パターンから前記中性子線の線量を算出する、請求項１に記載の中性子線検出装置。
【請求項３】
前記線量算出部は、ガンマ線に係る波高パターンも予め取得し、前記光検出器において検出された前記光信号に基づく波高分布に対して前記ガンマ線に係る波高パターン及び前記中性子線に係る波高パターンを対応させ、対応させた結果に基づいて、前記中性子線の線量を算出する、請求項２に記載の中性子線検出装置。
【請求項４】
前記線量算出部は、前記光信号に基づく波高分布または前記中性子線の波高パターンに含まれる中性子線に係る信号のピーク値の波高以上の波高領域において、前記光信号に基づく波高分布に対して前記中性子線に係る波高パターンを対応させる、請求項２に記載の中性子線検出装置。
【請求項５】
対応させた前記中性子線に係る波高パターンからガンマ線に係る波高パターンを算出し、算出したガンマ線に係る波高パターンを前記光信号に基づく波高分布から差し引くことで前記中性子線の線量を算出する、請求項２に記載の中性子線検出装置。
【請求項６】
前記線量算出部は、ガンマ線に係る波高パターンを予め取得し、０から所定の波高までの波高領域において、前記光検出器において検出された前記光信号に基づく波高分布に対して前記ガンマ線に係る波高パターンを対応させ、対応させた波高パターンを前記光信号に基づく波高分布から差し引くことで、前記中性子線の線量を算出する、請求項１に記載の中性子線検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中性子線検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
中性子線とガンマ線とを弁別する技術として特許文献１に記載の技術がある。特許文献１に係るシステムでは、検出した信号の波高分布から中性子線による信号とガンマ線による信号とを弁別している。このシステムは、所定の判定閾値を設定し、検出した信号のうち、波高が判定閾値を超えたものを中性子線に関する信号として弁別している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１４／１９２３２１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ガンマ線の波高が判定閾値よりも高い場合にはガンマ線に関する信号も中性子線に関する信号として判定してしまう等、中性子線を精度よく検出するには改善の余地があった。
【０００５】
本発明は上記を鑑みてなされたものであり、中性子線の線量をより精度よく算出することが可能な中性子線検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る中性子線検出装置は、中性子線を検出する中性子線検出装置であって、放射線が入射すると光を発生させるシンチレータと、前記シンチレータで発生した光を光信号として検出する光検出器と、前記光検出器によって検出された前記光信号に含まれる中性子線の信号から中性子線の線量を算出する線量算出部と、を備え、前記線量算出部は、前記光検出器において検出された前記光信号に基づく波高分布に対して、予め取得した所定の線種に係る波高パターンを対応させ、対応させた結果に基づいて前記中性子線の線量を算出する。
【０００７】
上記の中性子線検出装置によれば、線量算出部において、光検出器において検出された光信号に基づく波高分布に対して、所定の線種に係る波高パターンを対応させて、対応させた結果に基づいて中性子線の線量が算出される。光検出器で検出される光信号は、線種毎に検出されるであろう波高パターンが予想できるので、当該パターンを利用して中性子線の線量を算出する構成とすることで、中性子線の線量をより精度よく算出することができる。
【０００８】
前記線量算出部は、中性子線に係る波高パターンを予め取得し、前記光検出器において検出された前記光信号に基づく波高分布に対して前記中性子線に係る波高パターンを対応させ、対応させた前記中性子線に係る波高パターンから前記中性子線の線量を算出する態様とすることができる。
【０００９】
上記のように、光信号に基づく波高分布に対して中性子線に係る波高パターンを対応させて、対応させた波高パターンから中性子線の線量を算出することにより、複数線種に係る光信号の中から中性子線に対応する信号をより精度よく特定することができ、中性子線の線量をより精度よく算出することができる。
【００１０】
前記線量算出部は、ガンマ線に係る波高パターンも予め取得し、前記光検出器において検出された前記光信号に基づく波高分布に対して前記ガンマ線に係る波高パターン及び前記中性子線に係る波高パターンを対応させ、対応させた結果に基づいて、前記中性子線の線量を算出する態様とすることができる。
【００１１】
中性子線を照射する装置で用いられる光検出器では、ガンマ線と中性子線とを検出し得る。したがって、これらの線種の波高パターンを予め取得し、これらを光信号に基づく波高分布に対して対応させて、中性子線の線量を算出する構成とすることで、より精度よく中性子線の線量を算出することができる。
【００１２】
前記線量算出部は、前記光信号に基づく波高分布または前記中性子線の波高パターンに含まれる中性子線に係る信号のピーク値の波高以上の波高領域において、前記光信号に基づく波高分布に対して前記中性子線に係る波高パターンを対応させる態様とすることができる。
【００１３】
光信号に基づく波高分布または中性子線の波高パターンに含まれる中性子線に係る信号のピーク値の波高以上の波高領域では、ガンマ線等の他の線種に係る信号の割合が小さい。したがって、これらの波高領域を用いて中性子線に係る波高パターンを対応させて中性子線の線量を算出する構成とすることで、波高パターンの対応の際の精度を高めることができるため、中性子線の線量の算出精度も高めることができる。
【００１４】
前記線量算出部は、対応させた前記中性子線に係る波高パターンからガンマ線に係る波高パターンを算出し、算出したガンマ線に係る波高パターンを前記光信号に基づく波高分布から差し引くことで、前記中性子線の線量を算出する態様とすることができる。
【００１５】
対応させた中性子線に係る波高パターンを利用して、ガンマ線に係る波高パターンを算出することができる。そこで、ガンマ線に係る波高パターンを算出した後に、それを光信号に基づく波高分布から差し引いて中性子線の線量を算出することによっても、中性子線に係る信号を算出することができ、中性子線の線量を精度よく算出することができる。
【００１６】
前記線量算出部は、ガンマ線に係る波高パターンを予め取得し、０から所定の波高までの波高領域において、前記光検出器において検出された前記光信号に基づく波高分布に対して前記ガンマ線に係る波高パターンを対応させ、対応させた波高パターンを前記光信号に基づく波高分布から差し引くことで、前記中性子線の線量を算出する態様とすることができる。
【００１７】
光検出器が検出する光信号に中性子線とガンマ線とが含まれている場合、光信号に基づく波高分布に対してガンマ線の波高パターンを対応付けた後に、それを光信号に基づく波高分布から差し引いて中性子線の線量を算出することによっても、中性子線に係る信号を算出することができ、中性子線の線量を精度よく算出することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、中性子線の線量をより精度よく算出することが可能な中性子線検出装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、一実施形態の中性子線検出装置を備えた中性子捕捉療法システムを示す概略図である。
【図２】図２は、コリメータに設けられた中性子線検出器を示す断面図である。
【図３】図３は、中性子線検出装置を示すブロック図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｃ）は、中性子線の線量を算出する際の手順に係るグラフの例を示す図である。
【図５】中性子線の線量を算出する際の手順を説明するフロー図である。
【図６】中性子線の線量を算出する際の手順を説明するフロー図である。
【図７】図７（ａ）、図７（ｂ）は、中性子線の線量を算出する際の手順に係るグラフの例を示す図である。
【図８】図８（ａ）〜図８（ｃ）は、中性子線の線量を算出する際の手順に係るグラフの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２１】
図１に示される中性子捕捉療法システム１５０は、中性子捕捉療法装置１と、中性子線検出装置１００と、表示部３１と、入力部３２と、を備える。ここでは、まず中性子捕捉療法装置１について説明する。中性子捕捉療法装置１は、ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ：Boron  Neutron  Capture  Therapy）を用いたがん治療を行う装置である。中性子捕捉療法装置１では、例えばホウ素（１０Ｂ）が投与された患者（被照射体）５０の腫瘍に中性子線Ｎを照射する。
【００２２】
中性子捕捉療法装置１は、サイクロトロン２を備えている。サイクロトロン２は、陰イオン等の荷電粒子を加速して、荷電粒子線Ｒを作り出す加速器である。本実施形態において、荷電粒子線Ｒは陰イオンから電荷を剥ぎ取って生成した陽子ビームである。このサイクロトロン２は、例えば、ビーム半径４０ｍｍ、６０ｋＷ（＝３０ＭｅＶ×２ｍＡ）の荷電粒子線Ｒを生成する能力を有している。なお、加速器は、サイクロトロンに限られず、シンクロトロンやシンクロサイクロトロン、ライナックなどであってもよい。
【００２３】
サイクロトロン２から出射された荷電粒子線Ｒは、中性子線生成部Ｍへ送られる。中性子線生成部Ｍは、ビームダクト３とターゲット７とからなる。サイクロトロン２から出射された荷電粒子線Ｒは、ビームダクト３を通り、ビームダクト３の端部に配置されたターゲット７へ向かって進行する。このビームダクト３に沿って複数の四極電磁石４、電流モニタ５、及び走査電磁石６が設けられている。複数の四極電磁石４は、例えば電磁石を用いて荷電粒子線Ｒのビーム軸調整を行うものである。
【００２４】
電流モニタ５は、ターゲット７に照射される荷電粒子線Ｒの電流値（つまり、電荷，照射線量率）をリアルタイムで検出するものである。電流モニタ５は、荷電粒子線Ｒに影響を与えずに電流測定可能な非破壊型のＤＣＣＴ（DC Current Transformer）が用いられている。電流モニタ５は、検出結果を後述する制御部２０に出力する。なお、「線量率」とは、単位時間当たりの線量を意味する。
【００２５】
具体的には、電流モニタ５は、ターゲット７に照射される荷電粒子線Ｒの電流値を精度よく検出するため、四極電磁石４による影響を排除すべく、四極電磁石４より下流側（荷電粒子線Ｒの下流側）で走査電磁石６の直前に設けられている。すなわち、走査電磁石６はターゲット７に対して常時同じところに荷電粒子線Ｒが照射されないように走査するため、電流モニタ５を走査電磁石６よりも下流側に配設するには大型の電流モニタ５が必要となる。これに対し、電流モニタ５を走査電磁石６よりも上流側に設けることで、電流モニタ５を小型化することができる。
【００２６】
走査電磁石６は、荷電粒子線Ｒを走査し、ターゲット７に対する荷電粒子線Ｒの照射制御を行うものである。この走査電磁石６は、荷電粒子線Ｒのターゲット７に対する照射位置を制御する。
【００２７】
中性子捕捉療法装置１は、荷電粒子線Ｒをターゲット７に照射することにより中性子線Ｎを発生させ、患者５０に向かって中性子線Ｎを出射する。中性子捕捉療法装置１は、ターゲット７、遮蔽体９、減速材８、コリメータ１０、ガンマ線検出部１１を備えている。
【００２８】
また、中性子捕捉療法装置１は、制御部２０を備えている。制御部２０は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）等から構成されており、中性子捕捉療法装置１を総合的に制御する電子制御ユニットである。制御部２０の詳細な構成については後述する。
【００２９】
ターゲット７は、荷電粒子線Ｒの照射を受けて中性子線Ｎを生成するものである。ここでのターゲット７は、例えば、ベリリウム（Ｂｅ）やリチウム（Ｌｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）により形成され、例えば直径１６０ｍｍの円板状を成している。なお、ターゲット７は、円板状に限らず、他の形状であってもよい。また、ターゲット７は固体状に限らず液体状であってもよい。
【００３０】
減速材８は、ターゲット７で生成された中性子線Ｎのエネルギーを減速させるものである。減速材８は、中性子線Ｎに含まれる速中性子を主に減速させる第１の減速材８Ａと、中性子線Ｎに含まれる熱外中性子を主に減速させる第２の減速材８Ｂと、からなる積層構造を有している。
【００３１】
遮蔽体９は、発生させた中性子線Ｎ、及び当該中性子線Ｎの発生に伴って生じたガンマ線等を外部へ放出されないよう遮蔽するものである。遮蔽体９は、減速材８を囲むように設けられている。遮蔽体９の上部及び下部は、減速材８より荷電粒子線Ｒの上流側に延在しており、これらの延在部にガンマ線検出部１１が設けられている。
【００３２】
コリメータ１０は、中性子線Ｎの照射野を整形するものであり、中性子線Ｎが通過する開口１０ａを有する。コリメータ１０は、例えば中央に開口１０ａを有するブロック状の部材である。
【００３３】
ガンマ線検出部１１は、荷電粒子線Ｒの照射により中性子線生成部Ｍから発生するガンマ線をリアルタイムで検出するものである。ガンマ線検出部１１としては、シンチレータや電離箱、その他様々なガンマ線検出機器を採用することができる。本実施形態において、ガンマ線検出部１１は、ターゲット７の周囲で減速材８より荷電粒子線Ｒの上流側に設けられている。
【００３４】
ガンマ線検出部１１は、荷電粒子線Ｒの上流側に延在する遮蔽体９の上部及び下部の内側にそれぞれ配置されている。なお、ガンマ線検出部１１の数は特に限定されず、一つであってもよく、三つ以上であってもよい。ガンマ線検出部１１を三つ以上設けるときは、ターゲット７の外周を囲むように所定間隔で設けることができる。ガンマ線検出部１１は、ガンマ線の検出結果を制御部２０に出力する。このガンマ線検出部１１を備えていない構成でもよい。
【００３５】
次に、本実施形態に係る中性子線検出装置１００の構成について、図２及び図３を参照して説明する。
【００３６】
図２に示されるように、中性子線検出装置１００は、中性子線検出器１２と、制御部２０と、を備える。また、中性子線検出装置１００の制御部２０は、表示部３１及び入力部３２と、接続されている。
【００３７】
コリメータ１０には、コリメータ１０の開口１０ａを通過する中性子線Ｎをリアルタイムで検出するための中性子線検出器１２が設けられている。中性子線検出器１２は、コリメータ１０に形成された貫通孔１０ｂ（開口１０ａと直交する方向に形成された貫通孔）中に少なくともその一部が設けられている。中性子線検出器１２は、シンチレータ１３、光ファイバー１４、光検出器１５を有している。
【００３８】
シンチレータ１３は、入射した放射線（中性子線Ｎ、ガンマ線）を光に変換する蛍光体である。シンチレータ１３は、入射した放射線の線量に応じて内部結晶が励起状態となり、シンチレーション光を発生させる。シンチレータ１３は、コリメータ１０の貫通孔１０ｂ内に設けられており、コリメータ１０の開口１０ａに露出している。シンチレータ１３は、開口１０ａ内の中性子線Ｎまたはガンマ線がシンチレータ１３に入射することで発光する。シンチレータ１３には、６Ｌｉガラスシンチレータ、ＬｉＣＡＦシンチレータ、６ＬｉＦを塗布したプラスチックシンチレータ、６ＬｉＦ／ＺｎＳシンチレータ等を採用できる。
【００３９】
光ファイバー１４は、シンチレータ１３で生じた光を伝達する部材である。光ファイバー１４は、例えば、フレキシブルな光ファイバーの束などから構成されている。光検出器１５は、光ファイバー１４を通じて伝達された光を検出するものである。光検出器１５としては、例えば光電子増倍管や光電管など各種の光検出機器を採用することができる。光検出器１５は、光検出時に電気信号（検出信号）を制御部２０に出力する。
【００４０】
表示部３１は、使用者に対して各種情報を表示する機器である。表示部３１として、ディスプレイ等が採用される。使用者に入力させたい情報がある場合、表示部３１は、使用者に対して情報の入力を案内する通知を表示する。また、表示部３１は、使用者の入力を受けて制御部２０で演算された結果などを表示する。表示部３１は、中性子線検出器１２の検出信号の波高分布を表示する。入力部３２は、使用者による各種入力がなされる機器である。入力部３２は、キーボード、マウス、タッチスクリーン等によって構成されている。
【００４１】
図３に示されるように、制御部２０は、線量算出部２１と、波高パターン情報保持部２３と、照射制御部２２と、を有している。制御部２０は、電流モニタ５、走査電磁石６、ガンマ線検出部１１及び光検出器１５（中性子線検出器１２）、表示部３１、及び入力部３２と電気的に接続されている。
【００４２】
線量算出部２１は、電流モニタ５による荷電粒子線Ｒの電流値の検出結果に基づいて、ターゲット７に照射される荷電粒子線Ｒの線量をリアルタイムで測定（算出）する。線量算出部２１は、測定された荷電粒子線Ｒの電流値を時間に関して逐次積分し、荷電粒子線Ｒの線量をリアルタイムで算出する。
【００４３】
また、線量算出部２１は、ガンマ線検出部１１によるガンマ線の検出結果に基づいて、ガンマ線の線量をリアルタイムで測定（算出）する。
【００４４】
さらに、線量算出部２１は、中性子線検出器１２による中性子線Ｎの検出結果に基づいて、コリメータ１０の開口１０ａを通過する中性子線Ｎの線量を測定（算出）する。線量算出部２１は、光検出器１５から検出信号を受信し、中性子線に関する信号とガンマ線に関する信号とを弁別する（詳しくは後述する）。光検出器１５及び線量算出部２１は、弁別部を構成する。
【００４５】
線量算出部２１は、算出した荷電粒子線Ｒの線量、ガンマ線の線量、及び中性子線Ｎの線量に基づいて、ターゲット７で発生した中性子線Ｎの線量を総合的にリアルタイムで算出する。中性子線Ｎの線量など線量算出部２１による算出結果は、例えば表示部３１に表示される。
【００４６】
波高パターン情報保持部２３は、線量算出部２１での中性子線Ｎの線量の算出に利用する波高パターン情報を保持する機能を有する。波高パターン情報は、光検出器１５が検出し得る検出信号を受信する中性子線に関する信号及び／またはガンマ線に関する信号の波高パターンに対応する情報である。この波高パターン情報は、中性子線検出装置１００において予め取得される情報である。線量算出部２１では、この波高パターン情報を利用して、実際に光検出器１５で検出した信号から中性子線Ｎに関する信号を弁別し線量を算出する。波高パターン情報保持部２３において保持する情報に基づく線量算出部２１による線量の算出についての詳細は後述する。
【００４７】
照射制御部２２は、線量算出部２１によって算出された中性子線Ｎの線量に基づいて、ターゲット７に対する荷電粒子線Ｒの照射を制御する。照射制御部２２は、サイクロトロン２及び走査電磁石６に指令信号を送信してターゲット７に対する荷電粒子線Ｒの照射を制御することで、ターゲット７から生成される中性子線Ｎの患者に対する照射制御を行う。照射制御部２２は、線量算出部２１の算出する中性子線Ｎの線量が予め設定された治療計画に沿うように中性子線Ｎの照射制御を行う。
【００４８】
次に、波高パターン情報保持部２３において保持する情報に基づく線量算出部２１による線量の算出について説明する。
【００４９】
線量算出部２１は、光検出器１５で受光した光に関する検出信号の波高（光量）について、波高パターン情報保持部２３で保持する情報に基づいて、中性子線Ｎによる検出信号と、ガンマ線による検出信号とを弁別し、中性子線Ｎの線量を算出する。シンチレータ１３において、放射線として中性子線Ｎ及びガンマ線が入射するので、光量の強さに応じて中性子線Ｎとガンマ線とを弁別する。
【００５０】
図４（ａ）には、中性子線検出装置１００が正常である場合の検出信号の波高分布を示すグラフである。図４（ａ）では、横軸に光検出器１５で受光した光に関する検出信号の波高（光量）を示し、縦軸に検出信号のイベント数（Ｃｏｕｎｔ／ｓ）を示している。図４（ａ）では、光検出器１５における検出結果Ｖ１を示している。この光検出器１５での検出結果Ｖ１には、ガンマ線に由来する信号と中性子線Ｎに由来する信号とが含まれる。
【００５１】
ただし、ガンマ線及び中性子線のそれぞれは、理論的にどの程度光検出器１５で検出し得るかは数式として得ることができる。すなわち、ある理想的な条件でガンマ線及び中性子線を照射した場合に、光検出器１５が検出し得るガンマ線または中性子線の検出信号の波高分布を事前に求めることができる。したがって、本実施形態に係る中性子線検出装置１００では、この理想的な条件での波高分布をガンマ線または中性子線の波高パターンとして保持しておき、これに基づいてガンマ線及び中性子線の成分を特定して中性子線の線量を算出する。
【００５２】
また、中性子捕捉療法システム１５０では、中性子線検出装置１００を用いてガンマ線のみの測定を行うこと可能である。例えば、中性子線検出装置１００において、シンチレータ１３の前段に中性子線Ｎをカットするフィルタを設けて、シンチレータ１３に中性子線Ｎが入射しないような構成とすることができる。このような構成とすると、シンチレータ１３にはガンマ線のみが入射し、光検出器１５においてガンマ線に係る信号のみを検出することができる。この場合、ガンマ線に係る信号のみからなる波高パターンを得ることができるので、これをガンマ線に係る波高パターン情報として利用することができる。なお、フィルタとしては、フッ化リチウム、カドミウム等を用いることができる。
【００５３】
波高パターン情報を用いて光検出器１５で得た波高分布から中性子線Ｎの線量を算出する方法について、図４〜図８を参照しながら説明する。まず、図４及び図５を参照しながら、ガンマ線に係る波高パターン情報を利用する場合について説明する。
【００５４】
図５は、ガンマ線に係る波高パターン情報を用いて中性子線Ｎの線量を算出する際の手順について説明するフロー図である。まず、光検出器１５による計測により、波高分布を測定する（ステップＳ０１）。光検出器１５による計測は通常行われている方法と同じである。
【００５５】
線量算出部２１では、波高パターン情報保持部２３において保持されているガンマ線に係る波高パターン情報を用いて、光検出器１５で得られた波高分布からガンマ線の成分を差し引く。この際に、ガンマ線に係る波高パターン情報を光検出器１５で得られた波高分布に対してフィッティングさせる（ステップＳ０２）。フィッティングとは、波高分布とより重なるように波高パターンを対応付ける処理である。波高分布に対してフィッティングを行う波高パターンの例を図４（ｂ）に示している。
【００５６】
上述したように、波高パターン情報保持部２３において保持されているガンマ線に係る波高パターン情報は、例えば理想的な条件において測定を行った場合に光検出器１５において取得され得る波高パターン、または、中性子線Ｎを遮った状態で光検出器１５において計測を行うことによって得られる波高パターンである。また、中性子線の照射条件等によって、光検出器１５において検出される波高分布（曲線形状）は大きく変化し得ることが判明している。したがって、実際に中性子捕捉療法システム１５０において中性子線Ｎを照射した際に光検出器１５において検出される結果とは差異がある可能性が高い。この点は、ガンマ線についても中性子線についても同様である。
【００５７】
そこで、線量算出部２１では、光検出器１５で得られた波高分布のうち特定の波高の領域を興味領域（ＲＯＩ：Region  of  Interest）として選択し、当該領域において波高パターンのフィッティングを行う。図４（ａ）では、興味領域ＲＯＩとの一例として波高が低い領域Ｒ１を選択した例を示している。また、図４（ａ）では、ガンマ線に係る波高パターンＰ１を示している。ガンマ線の波高パターンＰ１は、例えば数式ｆｇ（ｘ）として記述することができる。波高パターンのフィッティングは、例えば、領域Ｒ１において、検出結果Ｖ１と波高パターンＰ１とが一致するように、縦軸方向のイベント数の調整を行うことが挙げられる。すなわち、係数ａを用いたａｆｇ（ｘ）が領域Ｒ１において検出結果Ｖ１と一致するように係数ａを決定する方法が挙げられる。また、例えば、低波高側の検出結果Ｖ１のピークが、ガンマ線の波高パターンＰ１と一致するように補正する構成としてもよい。このように、フィッティングの手法は特に限定されず、公知のフィッティングの方法を用いることができる。なお、波高パターン情報として、中性子線Ｎを遮った状態で光検出器１５において計測を行うことによって得られる波高パターンを用いる場合、フィッティングに係る処理（Ｓ０２）は省略してもよい。
【００５８】
また、フィッティングの対象となるＲＯＩ（図４に示す例では、領域Ｒ１）の設定方法として、種々の方法を選択することができる。ガンマ線の波高パターンＰ１を検出結果Ｖ１に対してフィッティングさせる場合、ＲＯＩとしては、中性子線の検出結果が表れにくい低波高側の領域が選択されることが多い。ガンマ線の波高パターンに係るフィッティングの場合、ＲＯＩの波高の下限は、波高０としてもよい。また、ＲＯＩの波高の下限は、例えば、波高の検出結果Ｖ１における低波高側のピークが表れる波高とすることができる（波高をヒストグラムとして示す場合、低波高側のピークとして一番低波高側の波高０を含むビン表れる場合が多い）。また、ＲＯＩの波高の上限は、例えば、中性子線のピーク（図４（ａ）の例の場合、高波高側に表れるピーク）が表れる波高に対して所定の割合（例えば、１／４など）の波高を上限として設定することとしてもよい。また、ＲＯＩの波高の上限については予め所定の値（例えば５０ｋｅＶなど）を定めておいてもよい。このように、ＲＯＩとしてどの領域（波高幅）を設定するかは、適宜変更することができる。
【００５９】
図５に戻り、フィッティング（Ｓ０２）が行われた後、線量算出部２１では、波高分布の検出結果Ｖ１からフィッティング後のガンマ線の波高パターンを差し引く（ステップＳ０３）。これにより、フィッティング後のガンマ線の波高パターンに含まれる各波高でのイベント数が検出結果Ｖ１から差し引かれる。差し引いた結果について、図４（ｃ）において差し引き結果Ｖ２として示す。その後、線量算出部２１では、差し引き後に得られた波高分布を積分することによって、中性子線Ｎに係る信号のカウント数を算出する（ステップＳ０４）。線量算出部２１では、図４（ｃ）に示す差し引き結果Ｖ２に含まれるカウント数を積分し、中性子線Ｎに係る信号のカウント数を算出することになる。これにより、線量算出部２１において、中性子線Ｎに係る線量を算出することができる。
【００６０】
次に、図６及び図７を参照しながら、中性子線に係る波高パターン情報を利用する場合について説明する。
【００６１】
図６は、中性子線に係る波高パターン情報を用いて中性子線Ｎの線量を算出する際の手順について説明するフロー図である。まず、光検出器１５による計測により、波高分布を測定する（ステップＳ１１）。光検出器１５による計測は通常行われている方法と同じである。
【００６２】
線量算出部２１では、波高パターン情報保持部２３において保持されている中性子線に係る波高パターン情報を、光検出器１５で得られた波高分布に対してフィッティングさせる（ステップＳ１２）。検出結果として得られた波高分布に対して中性子線に係る波高パターンをフィッティングしている状態の例を図７に示す。
【００６３】
線量算出部２１では、光検出器１５で得られた波高分布のうち特定の波高の領域を興味領域（ＲＯＩ：Region  of  Interest）として選択し、当該領域において中性子線の波高パターンのフィッティングを行う。中性子捕捉療法システム１５０では、中性子線検出装置１００を用いて中性子線のみの測定を行うことできないため、フィッティングに用いられる中性子線の波高パターン情報とは、理想的な条件において測定を行った場合に光検出器１５において取得され得る波高パターンに係る情報である。中性子線の波高パターンのフィッティングの場合、興味領域ＲＯＩとの一例として波高が高い領域Ｒ２を選択し得る。図４（ｂ）で示したように、ガンマ線の波高分布は、波高が高い領域では信号数が減る。特に、中性子線の波高のピーク（図７で示す波高ｘ０でのピーク）よりも波高が高い領域では、ガンマ線の波高が０に近くなる。そこで、中性子線の波高パターンのフィッティングを行う場合には、中性子線の波高のピークに対応する波高よりも波高が高い領域を興味領域ＲＯＩとして設定することができる。なお、波高ｘ０は、予め取得されている中性子線の波高パターンＰ２に基づいて設定してもよいし、検出結果Ｖ１に基づいて設定してもよい。
【００６４】
図７では、検出結果Ｖ１と、中性子線の波高パターンＰ２を示している。これらの２つの曲線が領域Ｒ２で一致するように波高パターンＰ２を補正する。すなわち、波高をｘとし、検出結果の波高分布をｆｍｅａｎｓ（ｘ）とし、中性子線の波高パターンＰ２をｆｎ（ｘ）とした場合に、ｘ＞ｘ０において以下の数式（１）を満たす係数ｂを求めることになる。
ｆｍｅａｎｓ（ｘ）＝ｂｆｎ（ｘ）    …（１）
【００６５】
フィッティングの手法は、ガンマ線の波高パターンのフィッティングと同様に特に限定されず、公知のフィッティングの方法を用いることができる。なお、検出結果Ｖ１における波高のピークと、中性子線の波高パターンＰ２における波高のピークとがずれている場合がある。この場合には、ピーク位置が一致するように、波高を横軸方向にシフトする補正等を行ってもよい。また、光検出器１５の特性の変化等によって中性子線の検出結果Ｖ１における中性子線のピーク形状が波高パターンＰ２に対して変化している場合には、波高パターンＰ２に対して上記の係数ｂに係る補正だけではなくその他のフィッティング関数（形状関数）等を適用することでフィッティングを行ってもよい。例えば、中性子線による波高分布をガウンス分布と一次関数で近似することとしてもよい。このように複雑な関数を用いた近似を行う場合、フィッティングによって得られるパラメータ（係数）は複数となる。
【００６６】
なお、フィッティングの対象となるＲＯＩ（図７に示す例では、領域Ｒ２）の設定方法として、種々の方法を選択することができる。上記では、ＲＯＩとなる領域Ｒ２を中性子線の波高のピーク（図７で示す波高ｘ０でのピーク）よりも波高が高い領域としたが、これには限定されず、例えば、イベント数（信号数）が少なくなる領域はＲＯＩから外すこととしてもよい。ＲＯＩとしてどの領域（波高幅）を設定するかは、適宜変更することができる。
【００６７】
図６に戻り、フィッティング（Ｓ１２）が行われた後、線量算出部２１では、フィッティング後の中性子線の波高パターンを積分して中性子のカウント数を算出する（ステップＳ１３）。上記のフィッティング（Ｓ１２）により、中性子線の波高パターンに係る数式ｂｆｎ（ｘ）を特定することができる。したがって、この波高パターンに係る数式を以下の数式（２）に示すように積分することで中性子カウント数を得ることができる。
【００６８】
【数１】
2020159728.tif 000003
【００６９】
このように、フィッティング後の数式を積分することで、中性子のカウント数を算出することができ、線量算出部２１において、中性子線Ｎに係る線量を算出することができる。なお、上記の数式（２）は一例であり、例えば複雑な関数を用いたフィッティングを行った場合には、フィッティング結果に対応する数式が右辺に入力されることになる。
【００７０】
なお、上記の方法では、中性子線の波高パターンに係る数式ｂｆｎ（ｘ）を特定し、これを積分することで中性子線のカウント数を算出しているが、この場合、測定で得られた波高分布に含まれる統計エラー（ノイズ）が無視される。この点を解決する手法として、以下に説明する手法を用いてもよい。
【００７１】
具体的には、中性子線パターンをフィッティングして係数bを得たのち、光検出器から得られた波高分布ｆｍｅａｎｓ（ｘ）からｂｆｎ（ｘ）を差し引く。これにより得られる数式（３）はガンマ線による波高分布となる。
ｆｇ（ｘ）＝ｆｍｅａｎｓ（ｘ）−ｂｆｎ（ｘ）    …（３）
【００７２】
得られたガンマ線による波高分布ｆｇ（ｘ）を平滑化する。ＲＯＩとなる領域Ｒ２ではガンマ線の波高が０に近くなるため、平滑化したガンマ線の波高分布ｆｇ（ｘ）は、領域Ｒ２の範囲では、ゼロになるはずである。
【００７３】
上記の手順により、実質的にガンマ線の波高パターンが得られることになる。そこで、図５のステップＳ０３及びステップＳ０４で示した手順と同様に、測定された波高分布から上記のガンマ線波高パターンを差し引いた後に、波高分布を積分することで、中性子のカウント数を算出することができる。
【００７４】
上記のように、中性子パターンのフィッティングをした後に、ガンマ線に係る波高パターンを算出し、これを利用して中性子のカウント数を算出する構成としてもよい。
【００７５】
上記の図４〜図７では、ガンマ線の波高パターン情報及び中性子線の波高パターン情報のいずれかを用いる場合について説明したが、両方を用いて中性子線のカウント数を算出してもよい。その際には、上記で説明した手順を組み合わせることにより中性子線のカウント数を得ることができる。
【００７６】
図８では、ガンマ線の波高パターン情報及び中性子線の波高パターン情報の両方を用いる場合の手順に係るグラフを示している。図８（ａ）では、ガンマ線の波高パターンＰ１を示している。この波高パターンＰ１は、例えば、ｙ＝ｆｇ（ｘ）として記述することができる。一方、図８（ｂ）では、中性子線の波高パターンＰ２を示している。この波高パターンＰ２は、例えば、ｙ＝ｆｎ（ｘ）として記述することができる。
【００７７】
これらの２つの波高パターンＰ１，Ｐ２を用いて、光検出器１５で得られた検出結果Ｖ１に対するフィッティングを行う。この場合、検出結果の波高分布をｆｍｅａｎｓ（ｘ）とした場合に、以下の数式（４）を満たす係数ａ，ｂを求めることになる。
ｆｍｅａｎｓ（ｘ）＝ａｆｇ（ｘ）＋ｂｆｎ（ｘ）    …（４）
【００７８】
図８（ｃ）では、フィッティング後のａｆｇ（ｘ）＋ｂｆｎ（ｘ）を波高パターンＰ３として示している。フィッティングの際には、検出結果Ｖ１と波高パターンＰ３とが一致するように係数ａ，ｂを算出する。
【００７９】
フィッティングが行われた後、線量算出部２１では、フィッティング後の中性子線の波高パターンを積分して中性子のカウント数を算出する。上記のフィッティングにより、中性子線の波高パターンに係る数式ｂｆｎ（ｘ）を特定することができるので、この波高パターンに係る数式を上記で説明した以下の数式（２）に示すように積分することで中性子カウント数を得ることができる。また、フィッティングが精度よく行われている場合、以下の数式（５）の関係が成り立つため、検出結果Ｖ１とフィッティング後の波高パターンＰ１を利用して中性子線のカウント数を求めることもできる。
【００８０】
【数２】
2020159728.tif 000004
【００８１】
フィッティング後の中性子線の波高パターンＰ２を用いて中性子線のカウント数を算出するか、検出結果Ｖ１及びフィッティング後のガンマ線の波高パターンＰ１を用いて中性子線のカウント数を算出するかは、適宜選択することができる。例えば、フィッティングがどの程度精度よく行うことができたか、または、波高パターンを算出した場合のガンマ線・中性子線の照射条件と比較して測定条件がどの程度変動しているか等を考慮して、中性子線のカウント数の算出方法を選択することができると考えられる。
【００８２】
なお、ガンマ線及び中性子線の波高パターン情報の両方を用いる場合にも、上記の中性子線の波高パターンのみを用いる場合と同様に、フィッティングの手法等は適宜変更することができる。また、図８では、全ての波高領域においてフィッティングを行ったが、ＲＯＩを指定してフィッティングを行う構成としてもよい。その場合、ＲＯＩとする波高領域は測定条件等に基づいて適宜変更することができる。
【００８３】
以上のように、本実施形態に係る中性子線検出装置１００によれば、光検出器１５が検出した光信号に基づく波高分布に対して中性子線Ｎに係る波高パターンを対応させて、対応させた波高パターンから中性子線Ｎの線量を算出する。このような構成とすることで、複数線種に係る光信号の中から中性子線に対応する信号をより精度よく特定することができ、中性子線の線量をより精度よく算出することができる。
【００８４】
また、中性子線Ｎを照射する装置で用いられる光検出器１５では、ガンマ線と中性子線とを検出し得る。したがって、上記図８等で説明したように、これらの線種の波高パターンを予め取得し、これらを光信号に基づく波高分布に対して対応させて、中性子線Ｎの線量を算出する構成とすることで、より精度よく中性子線Ｎの線量を算出することができる。
【００８５】
また、光信号に基づく波高分布または中性子線の波高パターンに含まれる中性子線に係る信号のピーク値の波高以上の波高領域では、ガンマ線等の他の線種に係る信号の割合が小さい。したがって、これらの上述の領域Ｒ２のように、ピーク値の波高よりも波高が大きい領域を用いて中性子線に係る波高パターンを対応させて中性子線の線量を算出する構成とすることで、波高パターンの対応の際の精度を高めることができるため、中性子線の線量の算出精度も高めることができる。
【００８６】
また、対応させた中性子線に係る波高パターンからガンマ線に係る波高パターンを算出し、算出したガンマ線に係る波高パターンを前記光信号に基づく波高分布から差し引くことで、中性子線の線量を算出する構成としてもよい。このように、ガンマ線に係る波高パターンを算出した後に、それを光信号に基づく波高分布から差し引いて中性子線の線量を算出することによっても、中性子線に係る信号を算出することができ、中性子線の線量を精度よく算出することができる。また、統計エラーを考慮した中性子線の計算を行うことができる。
【００８７】
また、上記実施形態で説明したように、光検出器１５が検出する光信号に中性子線Ｎとガンマ線とが含まれている場合、光信号に基づく波高分布に対してガンマ線の波高パターンを対応付けた後に、それを光信号に基づく波高分布から差し引いて中性子線Ｎの線量を算出することによっても、中性子線に係る信号を算出することができる。このような構成によっても、中性子線の線量を精度よく算出することができる。
【００８８】
本発明は、前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、下記のような種々の変形が可能である。
【００８９】
例えば、上記実施形態では、波高パターン情報保持部２３において、フィッティングに用いる波高パターン情報を保持する場合について説明した。ただし、波高パターン情報保持部２３は、制御部２０内に含まれていなくてもよく、例えば、中性子線の線量の算出を行う際に外部装置等から波高パターン情報を都度取得して、上記の線量の算出を行う構成としてもよい。
【００９０】
また、フィッティングに用いる波高パターン情報は、線種ごとに複数準備されていてもよい。例えば、中性子捕捉療法システム１５０において用いる中性子線の線量（目標線量）または照射条件が変化すると、中性子線検出装置１００の光検出器１５が検出する波高分布にも変化が生じる可能性がある。この点を考慮して各線種に係る波高パターンを複数準備しておき、条件等に応じて適切な波高パターン情報を選択してフィッティングを行う構成としてもよい。
【００９１】
例えば、中性子線検出装置１００の配置は適宜変更することができる。例えば、シンチレータ１３が配置される場所は、コリメータ１０内に限定されずその他の場所でもよい。シンチレータは例えばコリメータ１０の下流に配置されていてもよく、患者の表面（被照射部の近傍）に配置されていてもよい。
【００９２】
また、上記実施形態では、中性子線検出装置を中性子捕捉療法装置１に適用しているが、中性子線検出装置の用途は限定されない。例えば、原子炉の運転状態を監視するモニタとして、本発明の中性子線検出装置を適用してもよい。また、物理実験で使用される加速中性子を測定する際に本発明の中性子線検出装置を使用してもよい。また、非破壊検査用の中性子照射装置において、本発明の中性子線検出装置を使用してもよい。
【符号の説明】
【００９３】
１…中性子捕捉療法装置、１２…中性子線検出器、１３…シンチレータ、１４…光ファイバー、１５…光検出器、２０…制御部、２１…線量算出部、２３…波高パターン情報保持部、１００…中性子線検出装置、１５０…中性子捕捉療法システム、Ｎ…中性子線。
【図１】
2020159728.tif 000005
【図２】
2020159728.tif 000006
【図３】
2020159728.tif 000007
【図４】
2020159728.tif 000008
【図５】
2020159728.tif 000009
【図６】
2020159728.tif 000010
【図７】
2020159728.tif 000011
【図８】
2020159728.tif 000012