(57)【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前記光を伝送する光ファイバと、
前記光ファイバによって伝送された前記光を受光し、受光した前記光に関する検出信号の波高が判定閾値を超えた場合に、前記検出信号を前記中性子線に関する信号と弁別する弁別部を備え、
前記弁別部は、前記光ファイバの劣化に応じて前記判定閾値を設定するものであって、前記検出信号の波高分布における前記中性子線によるピークを検出し、前記ピークから所定値低い値を前記判定閾値として設定する、中性子線検出装置。
【請求項２】
前記弁別部は、前記波高分布にガウス関数をフィッティングして前記中性子線によるピークを検出し、前記ピークから１．５σ低い値を前記判定閾値とする、請求項１に記載の中性子線検出装置。
【請求項３】
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前記光を伝送する光ファイバと、
前記光ファイバによって伝送された前記光を受光し、受光した前記光に関する検出信号の波高が判定閾値を超えた場合に、前記検出信号を前記中性子線に関する信号と弁別する弁別部と、
光発生部を備え、
前記弁別部は、前記光ファイバの劣化に応じて前記判定閾値を調整するものであって、前記光発生部からの光信号に基づいて前記判定閾値を調整する、中性子線検出装置。
【請求項４】
前記弁別部は、前記光発生部からの所定の前記光信号を記憶しており、前記記憶された前記所定の光信号と、前記光ファイバを介して検出された実測の前記光信号とを比較し、比較結果に基づいて前記判定閾値を調整する、請求項３に記載の中性子線検出装置。
【請求項５】
前記光発生部は、前記光ファイバにおける前記シンチレータで発生した光が入射する側の端部に取り付けられる、請求項３又は４に記載の中性子線検出装置。
【請求項６】
前記光発生部からの前記光信号に基づいて、前記放射線によって前記光ファイバの劣化が生じていること、及び、前記弁別部に不具合が生じていること、のうちいずれが生じているかを判定する判定部と、
を更に備える請求項３に記載の中性子線検出装置。
【請求項７】
前記光発生部で発生した前記光信号を伝送する光発生部用光ファイバを更に備え、
前記弁別部は、前記光発生部用光ファイバによって伝送された前記光信号を更に受光し、
前記判定部は、前記弁別部によって受光された前記シンチレータで発生した前記光に関する検出信号の波高と前記光発生部から出力された前記光信号に関する検出信号の波高とが、波高の増加方向又は減少方向に全体的にシフトした場合に前記弁別部に不具合が生じていると判定し、前記シンチレータで発生した前記光に関する検出信号の波高のみが波高の減少方向にシフトした場合に前記放射線によって前記光ファイバの劣化が生じていると判定する、
請求項６に記載の中性子線検出装置。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか一項に記載の中性子線検出装置を備えた中性子捕捉療法装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シンチレータで発生した光を伝送する光ファイバを備えた中性子線検出装置及び中性子捕捉療法装置に関する。
【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。シンチレータに中性子線あるいはガンマ線が入射するとシンチレーション発光が起こる。シンチレータで発生した光は光電子増倍管で電気パルスに変換される。この電気パルスは発光の減衰時間の違いにより中性子線とガンマ線とで異なっている。特許文献１ではパルス幅の違いによって中性子線とガンマ線とを弁別する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６１−７１３８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
シンチレータで発生した光を光ファイバによって伝送することが考えられる。しかしながら、光ファイバは放射線によって劣化すると光の透過率が低下し、例えば中性子線による信号がガンマ線による信号として誤って検出されることで、中性子線の検出精度が低下するおそれがある。本発明の一側面は、中性子線の検出精度の低下を抑制することができる中性子線検出装置及び中性子捕捉療法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】
【０００５】
本発明の一側面は、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、シンチレータで発生した光を伝送する光ファイバと、光ファイバによって伝送された光を受光し、受光した光に関する検出信号の波高が判定閾値を超えた場合に、検出信号を中性子線に関する信号と弁別する弁別部を備え、弁別部は、光ファイバの劣化に応じて判定閾値を設定するものであって、検出信号の波高分布における中性子線によるピークを検出し、ピークから所定値低い値を判定閾値として設定する。
【０００６】
この中性子線検出装置では、放射線を入射したシンチレータが発光し、この発光による光が光ファイバによって伝送され弁別部に導入される。弁別部は、受光した光に関する検出信号の波高が判定閾値を超えた場合に、検出信号を中性子線に関する信号と弁別する。中性子線検出装置の弁別部は、光ファイバの劣化に応じて判定閾値を調整することができるので、放射線により光ファイバが劣化して光の透過率が低下した場合であっても、判定閾値を調整して中性子線の検出精度の低下を抑制することができる。また、検出信号の波高分布に基づいて判定閾値を調整することができ、中性子線の検出精度の低下を抑制することができる。光ファイバが劣化すると中性子線によるピークも透過率の低下に応じて低下するので、中性子線のピークに基づいて判定閾値を調整することで、中性子線を精度良く検出することができ、検出精度の低下を抑制することができる。波高分布における中性子線のピークは、例えば、過去のデータに基づいて設定してもよい。波高分布における中性子線のピークから所定値低い値を判定閾値に設定することで、光ファイバの劣化に応じて判定閾値を調整することができる。所定値は、例えば、過去のデータに基づいて設定してもよい。
【００１０】
また、弁別部は、波高分布にガウス関数をフィッティングして中性子線によるピークを検出し、ピークから１．５σ低い値を判定閾値としてもよい。中性子線検出装置は、ガウス関数を用いて波高分布をフィッティングすることで中性子線によるピークを検出する。弁別部は、中性子線によるピークから１．５σ低い値に判定閾値を調整することで、中性子線の検出精度の低下を一層抑制することができる。【００１１】
本発明の他の一側面は、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、シンチレータで発生した光を伝送する光ファイバと、光ファイバによって伝送された光を受光し、受光した光に関する検出信号の波高が判定閾値を超えた場合に、検出信号を中性子線に関する信号と弁別する弁別部と、光発生部を備え、弁別部は、光ファイバの劣化に応じて判定閾値を調整するものであって、光発生部からの光信号に基づいて判定閾値を調整する。中性子線検出装置の弁別部は、光ファイバの劣化に応じて判定閾値を調整することができるので、放射線により光ファイバが劣化して光の透過率が低下した場合であっても、判定閾値を調整して中性子線の検出精度の低下を抑制することができる。弁別部が、光発生部からの光信号に基づいて判定閾値を調整することで、光発生部からの光信号に基づいて中性子線の検出精度の低下を一層抑制することができる。
【００１２】
弁別部は、光発生部からの所定の光信号を記憶しており、記憶された所定の光信号と、光ファイバを介して検出された実測の光信号とを比較し、比較結果に基づいて判定閾値を調整してもよい。弁別部が、記憶された所定の光信号と実測の光信号とに基づいて判定閾値を調整することにより、リアルタイムで判定閾値を調整することができる。これにより、光ファイバが劣化したとしても、リアルタイムで判定閾値を調整することができる。【００１３】
光発生部は、光ファイバにおけるシンチレータで発生した光が入射する側の端部に取り付けられていてもよい。これにより、光ファイバの端部に取り付けられた光発生部からの光信号に基づいて判定閾値を調整することができる。【００１４】
中性子線検出装置は、光発生部からの光信号に基づいて、放射線によって光ファイバの劣化が生じていること、及び、弁別部に不具合が生じていること、のうちいずれが生じているかを判定する判定部を更に備えていてもよい。これにより、光発生部からの光信号を用いて、光ファイバの劣化及び弁別部の不具合のいずれが生じているかを判定することができる。【００１５】
中性子線検出装置は、光発生部で発生した光信号を伝送する光発生部用光ファイバを更に備え、弁別部は、光発生部用光ファイバによって伝送された光信号を更に受光し、判定部は、弁別部によって受光されたシンチレータで発生した光に関する検出信号の波高と光発生部から出力された光信号に関する検出信号の波高とが、波高の増加方向又は減少方向に全体的にシフトした場合に弁別部に不具合が生じていると判定し、シンチレータで発生した光に関する検出信号の波高のみが波高の減少方向にシフトした場合に放射線によって光ファイバの劣化が生じていると判定してもよい。この場合、判定部は、シンチレータで発生した光に関する検出信号の波高と、光発生部から出力された光信号に関する検出信号の波高とに基づいて、弁別部の不具合及び光ファイバの劣化の発生を判定することができる。【００１６】
本発明のさらに他の一側面は、上記の中性子線検出装置を備えた中性子捕捉療法装置であって、荷電粒子線を出射する加速器と、荷電粒子線が照射されることにより中性子線を生成するターゲットを有する中性子線生成部と、を備え、シンチレータは、中性子線及びガンマ線を入射すると光を発生させ、弁別部は、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。
【００１７】
この中性子捕捉療法装置では、中性子線検出装置を備え、ガンマ線又は中性子線を入射したシンチレータが発光し、この発光による光が光ファイバによって伝送されて弁別部に導入される。弁別部は、受光した光に関する検出信号の波高が判定閾値を超えた場合に、検出信号を中性子線に関する信号と弁別し、検出信号の波高が判定閾値を超えない場合に、検出信号をガンマ線に関する信号と弁別する。中性子線検出装置の弁別部は、光ファイバの劣化に応じて判定閾値を調整することができるので、放射線により光ファイバが劣化して光の透過率が低下した場合であっても、判定閾値を調整して中性子線の検出精度の低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の種々の側面によれば、光ファイバが劣化して光の透過率が低下しても、中性子線の検出精度の低下を抑制することができる中性子線検出装置及び中性子捕捉療法装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第一の実施形態の中性子線検出器を備えた中性子捕捉療法装置を示す概略図である。
【図２】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】第一の実施形態の中性子捕捉療法装置の制御部を示すブロック図である。
【図４】検出信号の波高分布を示すグラフである。
【図５】判定閾値Ｑｔｈと中性子線Ｎの検出効率との関係を示す表である。
【図６】検出信号の波高分布と判定閾値Ｑｔｈとの関係を示すグラフである。
【図７】第二の実施形態のライトガイドを示す概略図である。
【図８】検出信号の波高分布を示すグラフである。
【図９】第二の実施形態の中性子捕捉療法装置の制御部を示すブロック図である。
【図１０】第三の実施形態に係る中性子線検出器を示す概略図である。
【図１１】第三の実施形態の中性子捕捉療法装置の制御部を示すブロック図である。
【図１２】（ａ）は光検出器に不具合が生じた場合における検出信号の波高分布を示すグラフであり、（ｂ）はライトガイドに劣化が生じた場合における検出信号の波高分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
（第一の実施形態）
先ず、第一の実施形態について説明する。図１に示され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。陽子ビームは、加速された陰イオンがサイクロトロン２内でフォイルストリッパー等を用いて電子を剥ぎ取られることで生成され、サイクロトロン２から出射される。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、ターゲット７、減速材９及びコリメータ１０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、電流検出部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のビーム軸調整やビーム径調整を行うものである。
【００２４】
電流検出部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、荷電粒子線Ｒの照射中にリアルタイムで検出するものである。電流検出部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。電流検出部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、電流検出部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、電流検出部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検出部５が必要となる。これに対し、電流検出部５を走査電磁石６よりも上流側に設けることで、電流検出部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８、減速材９、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。
【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、板状に限定されず、例えば、液状でもよい。
【００３０】
減速材９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９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９Ａ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９Ｂと、からなる積層構造を有している。
【００３１】
遮蔽体８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８は、減速材９を囲むように設けられている。遮蔽体８の上部及び下部は、減速材９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、中性子線の生成中（すなわち、患者５０への中性子線Ｎの照射中）に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９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８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】
図２に示されるように、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、中性子線の生成中（すなわち、患者５０への中性子線Ｎの照射中）に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、ライトガイド１４、光検出器１５を有している。
【００３６】
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。
【００３７】
なお、図２では中性子線Ｎの進行方向を直線で示しているが、実際には中性子線Ｎは、拡散するように進行する。このため、貫通孔１０ｂ内に設けられたシンチレータ１３にも中性子線Ｎが照射され、シンチレータ１３によって中性子線Ｎを検出することができる。
【００３８】
ライトガイド１４は、シンチレータ１３で生じた光を伝達する部材である。ライトガイド１４は、光ファイバによって構成されている。ライトガイド１４は、例えば、フレキシブルな光ファイバの束などから構成されていてもよい。光検出器１５は、ライトガイド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。
【００３９】
図３に示されるように、制御部２０は、線量算出部２１及び照射制御部２２を有している。制御部２０は、電流検出部５、ガンマ線検出部１１及び光検出器１５（中性子線検出器１２）と電気的に接続されている。
【００４０】
線量算出部２１は、電流検出部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、荷電粒子線Ｒの照射中に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。
【００４１】
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、中性子線Ｎの照射中にリアルタイムで測定（算出）する。
【００４２】
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）。線量算出部２１は、光検出器１５と合せて、弁別部を構成する。
【００４３】
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、中性子線Ｎの照射中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、例えばディスプレイ（表示部）３１に表示される。
【００４４】
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。
【００４５】
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）が判定閾値Ｑｔｈを超えているか否か判定し、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。
【００４６】
図４は、検出信号の波高分布を示すグラフである。図４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。線量算出部２１は、波高分布に対してフィッティングを行い、波高分布のピークを検出する。フィッティングのための関数としては、下記式（１）のガウス関数が挙げられる。
【数１】
0006052933.tif 000002
ｘは検出信号の光量を示し、μはピークの位置を示している。
【００４７】
図４に示されるように、線量算出部２１は、波高分布において２つ目のピークＰ２を中性子線ＮによるピークＰＮとし、この中性子線ＮによるピークＰＮから１．５σ低い値を判定閾値Ｑｔｈに設定する。
【００４８】
ここで、線量算出部２１は、所定インターバル時間ごとに判定閾値Ｑｔｈを変更（調整）する。線量算出部２１は、判定閾値Ｑｔｈを変更するためのインターバル時間として“６０秒”を設定し、このインターバル時間内に受光した光に関する検出信号の波高に基づいて波高分布を作成し、この波高分布に基づいて判定閾値Ｑｔｈを変更する。なおは、インターバル時間は、６０秒に限定されず、他の時間としてもよく、作業者（オペレータや医師）が適宜決定してもよい。波高分布とは、横軸に光量、縦軸にその光量の検出信号が検出された頻度（イベント数）を示したグラフを指す。
【００４９】
中性子捕捉療法装置１を使用することによって、ライトガイド１４の光ファイバは放射線を受けて劣化し光の透過率が低下する。ライトガイド１４の光の透過率が低下すると、線量算出部２１で計測される光の光量が低下し、図４に示される波高分布は透過率の低下に応じて左へずれる。線量算出部２１は、インターバル時間における波高分布にガウス関数をフィッティングして中性子線ＮによるピークＰＮを設定し、このピークＰＮから１．５σ低い値を新たな判定閾値Ｑｔｈに設定する。線量算出部２１は、新たな判定閾値Ｑｔｈ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する。
【００５０】
次に、以上説明した第１の実施形態に係る中性子捕捉療法装置１の作用効果について説明する。
【００５１】
中性子捕捉療法装置１の中性子線検出器１２は、ガンマ線又は中性子線Ｎを入射するとシンチレータ１３が発光し、この発光による光がライトガイド１４によって伝送されて光検出器１５に導入される。光検出器１５は、導入された光に応じて電気信号（検出信号）を制御部２０に出力する。制御部２０の線量算出部２１は、検出信号の波高分布に基づいて判定閾値Ｑｔｈを調整することができるので、放射線によってライトガイド１４の光ファイバが劣化して光の透過率が低下した場合であっても判定閾値Ｑｔｈを調整して中性子線Ｎの検出精度の低下を抑制することができる。これにより、中性子線Ｎを精度良く検出することができる。
【００５２】
この中性子捕捉療法装置１の中性子線検出装置では、波高分布にガウス関数をフィッティングして中性子線によるピークＰＮを検出し、ピークＰＮから１．５σ低い値を判定閾値Ｑｔｈとして調整するので、光ファイバの劣化に応じて判定閾値Ｑｔｈを変更して精度良く、中性子線Ｎとガンマ線とを弁別することができる。光量の低下に応じてピークＰＮが低下するので、ピークＰＮに応じて判定閾値Ｑｔｈを変更することで、精度よく中性子線Ｎとガンマ線との弁別を行うことができる。
【００５３】
中性子捕捉療法装置１では、中性子線Ｎの線量を正確に計測して、中性子線Ｎの照射が計画通りに行われていることを確認することができる。
【００５４】
本発明は、前述した第一の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。
【００５５】
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。
【００５６】
また、上記第一の実施形態では、中性子線ＮによるピークＰＮから１．５σ低い値を判定閾値Ｑｔｈとして調整しているが、その他の値となるように判定閾値Ｑｔｈを変更してもよい。図５は、判定閾値Ｑｔｈと中性子線Ｎの検出効率との関係を示す表である。図５に示されるように、中性子線ＮによるピークＰＮからσ低い値を判定閾値Ｑｔｈとした場合には、中性子線Ｎの検出効率は８４．１％であった。中性子線ＮによるピークＰＮから１．５σ低い値を判定閾値Ｑｔｈとした場合には、中性子線Ｎの検出効率は９３％であった。また、中性子線ＮによるピークＰＮから２σ低い値を判定閾値Ｑｔｈとした場合には、中性子線Ｎの検出効率は９９．８％であった。このように、中性子線ＮによるピークＰＮからσ低い値を判定閾値Ｑｔｈとしてもよく、中性子線ＮによるピークＰＮから２σ低い値を判定閾値Ｑｔｈとしてもよく、その他の値低い判定閾値Ｑｔｈでもよい。
【００５７】
また、上記第一の実施形態では、波高分布にガウス関数をフィッティングして中性子線ＮによるピークＰＮを検出しているが、その他の関数を用いて波高分布を近似して、中性子線ＮによるピークＰＮを検出してもよい。
【００５８】
また、判定閾値Ｑｔｈとしてその他の値を用いてもよい。図６は検出信号の波高分布と判定閾値Ｑｔｈとの関係を示すグラフである。図６に示されるように、例えば、中性子線ＮによるピークＰＮのイベント数を１００％としたときに、イベント数が５０％となる値（ガウス分布における低い方の値）を判定閾値Ｑｔｈ（Ｑｔｈ２）として採用してもよい。また、ピークＰＮ（Ｐ３）に対する値を判定閾値Ｑｔｈとして採用してもよく、ピークＰＮから所定値低い値を判定閾値Ｑｔｈとして採用してもよい。この所定値は過去のデータに基づいて設定してもよい。
【００５９】
また、波高分布に対応するガウス関数の傾きに基づいて、判定閾値Ｑｔｈを調整してもよい。例えば、図６に示されるようにガウス関数の傾きが０となる点を、判定閾値Ｑｔｈ（Ｑｔｈ３）として採用してもよい。
【００６０】
（第二の実施形態）
次に、第二の実施形態について説明する。本実施形態は、主に、第一の実施形態におけるライトガイド１４に替えて構成の異なるライトガイド１４Ａ（図７参照）を用いたものである。また、本実施形態では、第一の実施形態の制御部２０とは処理内容が異なる制御部２０Ａ（図９参照）を用いている。以下では、第一の実施形態との相違点を主に説明する。また、図面の説明において第一の実施形態と同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００６１】
図７に示すように、本実施形態において用いられるライトガイド１４Ａは、第一の実施形態におけるライトガイド１４と同様に、シンチレータ１３で生じた光を光検出器１５へ伝送する。ライトガイド１４Ａは、光を伝送する光ファイバ部１４ａと、光ファイバ部１４ａの端部を覆うキャップ１４ｂとを含んで構成されている。
【００６２】
キャップ１４ｂは、シンチレータ１３と共に光ファイバ部１４ａの端部を覆っている。キャップ１４ｂの先端部には、ＬＥＤ（発光ダイオード、光発生部）５０が取り付けられている。キャップ１４ｂにおける光ファイバ部１４ａの端部と対向する部位には、開口部１４ｃが設けられている。
【００６３】
ＬＥＤ５０の発光は、パルス発生器５５（図９参照）によって制御されている。ＬＥＤ５０は、パルス発生器５５によって制御され、パルス状の光信号を出力する。ＬＥＤ５０で生じた光信号は、キャップ１４ｂの開口部１４ｃを介して光ファイバ部１４ａに入射する。光ファイバ部１４ａに入射した光信号は、光ファイバ部１４ａによって光検出器１５に伝送される。
【００６４】
図８に、光検出器１５で受光した光に関する検出信号の波高分布のグラフを示す。図８に示すように、波高分布のグラフには、ＬＥＤ５０で生じた光信号に関する検出信号の波高分布Ｘと、シンチレータ１３で生じた光に関する検出信号の波高分布Ｙとが含まれている。
【００６５】
図９に示すように、本実施形態で用いられる制御部２０Ａは、線量算出部２１Ａ及び照射制御部２２を有している。線量算出部２１Ａ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）が判定閾値Ｑｔｈを超えているか否か判定し、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する。
【００６６】
また、線量算出部２１Ａは、ＬＥＤ５０からの光信号に関する検出信号の波高分布を予め記憶している。ＬＥＤ５０は、安定した光源であるため、ライトガイド１４Ａが劣化しなければ、一定の波高分布となる。一例として、線量算出部２１Ａは、ライトガイド１４Ａが劣化していない場合における、ＬＥＤ５０からの光信号に関する検出信号の波高分布を予め記憶している。
【００６７】
次に、線量算出部２１Ａによって、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する際の判定閾値Ｑｔｈを変更する処理について説明する。線量算出部２１Ａは、予め記憶しているＬＥＤ５０からの光信号に関する検出信号の波高分布と、光検出器１５によって実際に測定されたＬＥＤ５０からの光信号に関する検出信号の波高分布とを比較する。
【００６８】
ここで、図８に示すように、ライトガイド１４Ａが劣化すると、波高分布のグラフには波高が減少する方向にシフトする。図８では、ライトガイド１４Ａの劣化によってシフトした後の波高分布を破線で示している。
【００６９】
このため、線量算出部２１Ａは、予め記憶しているＬＥＤ５０からの光信号に関する検出信号の波高分布と、光検出器１５によって実際に測定されたＬＥＤ５０からの光信号に関する検出信号の波高分布とを比較することにより、ライトガイド１４Ａに劣化が生じているか否かを判断することができる。
【００７０】
２つの波高分布にズレが生じている場合、線量算出部２１Ａは、判定閾値Ｑｔｈを変更する。例えば、線量算出部２１Ａは、光検出器１５によって検出されるＬＥＤ５０の光量（一例として４５％の光量）に対応した値に判定閾値Ｑｔｈを変更することができる。ＬＥＤ５０の光量に基づいて判定閾値Ｑｔｈを変更することにより、中性子の分布の解析を行うことなく判定閾値Ｑｔｈを最適な値に設定できる。このように、線量算出部２１Ａは、光検出器１５と合せて、弁別部を構成する。
【００７１】
また、パルス発生器５５は、ＬＥＤ５０の発光を制御するとともに、ＬＥＤ５０を発光させるタイミングを示すパルス信号を制御部２０Ａに出力している。線量算出部２１Ａは、光検出器１５から出力された電気信号のうち、パルス発生器５５から出力されたパルス信号と同期する電気信号を、ＬＥＤ５０で発生した光信号の検出結果であると判断する。
【００７２】
これにより、線量算出部２１Ａは、光検出器１５から出力された電気信号のうち、ＬＥＤ５０で発生した光信号の検出結果と、シンチレータ１３で生じた光の検出結果とを精度良く判別することができる。これにより、線量算出部２１Ａは、ＬＥＤ５０で生じた光信号に関する検出信号の波高分布Ｘと、シンチレータ１３で生じた光に関する検出信号の波高分布Ｙとを精度良く求めることができる。
【００７３】
本実施形態は以上のように構成され、線量算出部２１Ａが、ＬＥＤ５０からの光信号に基づいて判定閾値Ｑｔｈを変更することで、ＬＥＤ５０からの光信号に基づいて中性子線Ｎの検出精度の低下を一層抑制することができる。
【００７４】
線量算出部２１Ａは、ＬＥＤ５０からの光信号に関する検出信号の波高分布を予め記憶している。線量算出部２１Ａが、記憶された波高分布と、光検出器１５によって実際に測定されたＬＥＤ５０からの光信号に関する検出信号の波高分布とを比較することにより、リアルタイムで判定閾値Ｑｔｈを変更することができる。これにより、ライトガイド１４Ａが劣化したとしても、リアルタイムで判定閾値Ｑｔｈを変更することができる。
【００７５】
記憶された波高分布と、光検出器１５によって実際に測定されたＬＥＤ５０からの光信号に関する検出信号の波高分布とを比較することにより、ライトガイド１４Ａの劣化の有無を判断することができる。これにより、ライトガイド１４Ａの交換時期等を把握することができる。
【００７６】
ＬＥＤ５０をキャップ１４ｂに取り付けることにより、ライトガイド１４Ａ内にＬＥＤ５０で生じた光を容易に入射させることができる。
【００７７】
（第三の実施形態）
次に、第三の実施形態について説明する。本実施形態は、主に、第一の実施形態に対してＬＥＤ用ライトガイド（光発生部用光ファイバ）１４Ｂ及びＬＥＤ５１（図１０参照）を追加したものである。また、本実施形態では、第一の実施形態の制御部２０とは処理内容が異なる制御部２０Ｂ（図１１参照）を用いている。以下では、第一の実施形態との相違点を主に説明する。また、図面の説明において第一の実施形態と同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００７８】
ここで、光検出器１５を用いてシンチレータ１３で生じた光を検出する場合、光検出器１５によって検出される光量が変化する場合がある。この変化は、光検出器１５の不安定性に起因して生じる場合と、ライトガイド１４が放射線によって劣化したことに起因して生じる場合とがある。
【００７９】
従来、光検出器１５によって検出される光量の変化が、光検出器１５の不安定性に起因するものであるか、ライトガイド１４が放射線によって劣化したことに起因するものであるかを判定することは困難であった。そこで、本実施形態では、光検出器１５によって検出される光量の変化が、光検出器１５の不安定性に起因するものであるか、ライトガイド１４が劣化したことに起因するものであるかを判定することを目的とする。
【００８０】
図１０に示すように、中性子線検出器１２Ｂは、シンチレータ１３、ライトガイド１４、光検出器１５、ＬＥＤ５１及びＬＥＤ用ライトガイド１４Ｂを有している。
【００８１】
ＬＥＤ５１の発光は、パルス発生器５５（図１１参照）によって制御されている。ＬＥＤ５１は、パルス発生器５５によって制御され、パルス状の光信号を出力する。ＬＥＤ５１で生じた光信号は、ＬＥＤ用ライトガイド１４Ｂによって光検出器１５に伝送される。
【００８２】
光検出器１５は、シンチレータ１３で発生した光に加え、ＬＥＤ５１で発生した光信号を検出する。光検出器１５は、シンチレータ１３で発生した光、又は、ＬＥＤ５１で発生した光信号の検出時に、電気信号（検出信号）を制御部２０Ｂ（図１１参照）に出力する。
【００８３】
図１１に示すように、制御部２０Ｂは、線量算出部２１Ｂ、照射制御部２２、及び、劣化判定部２３を有している。劣化判定部２３は、光検出器１５によって検出されたシンチレータ１３からの光に関する検出信号の波高分布と、光検出器１５によって検出されたＬＥＤ５１からの光信号に関する検出信号の波高分布とに基づいて、光検出器１５の不具合、及び、ライトガイド１４の劣化の有無を判定する。
【００８４】
ここで、図１２（ａ）に、光検出器１５で受光した光に関する検出信号の波高分布のグラフを示す。図１２に示すように、波高分布のグラフには、ＬＥＤ５１で生じた光信号に関する検出信号の波高分布Ｘと、シンチレータ１３で生じた光に関する検出信号の波高分布Ｙとが含まれている。
【００８５】
例えば、光検出器１５に不具合が生じ、光検出器１５の検出結果が不安定になった場合、図１２（ａ）に示すように、ＬＥＤ５１で生じた光信号に関する検出信号の波高分布Ｘと、シンチレータ１３で生じた光に関する検出信号の波高分布Ｙとが波高の増加方向又は減少方向に全体的にシフトする。なお、図１２（ａ）では、波高の減少方向にシフトした場合の波高分布を破線で示している。
【００８６】
そこで劣化判定部２３は、ＬＥＤ５１で生じた光信号に関する検出信号の波高分布Ｘと、シンチレータ１３で生じた光に関する検出信号の波高分布Ｙとが全体的にシフトした場合に、光検出器１５に不具合が生じていると判断する。なお、劣化判定部２３は、予め記憶していた波高分布と、光検出器１５によって実際に測定された結果に基づく波高分布とを比較することによって、光検出器１５の不具合の有無を判定してもよい。或は、時間の経過とともに波高分布がシフトした場合に、光検出器１５に不具合が生じていると判定してもよい。
【００８７】
また、例えば、ライトガイド１４に劣化が生じた場合、図１２（ｂ）に示すように、シンチレータ１３で生じた光に関する検出信号の波高分布Ｙのみが波高の減少方向にシフトする。なお、図１２（ｂ）では、波高の減少方向にシフトした場合の波高分布Ｙを破線で示している。ライトガイド１４に劣化が生じても、ＬＥＤ５１からの光信号には影響がないため、波高分布Ｘには変化がない。
【００８８】
そこで劣化判定部２３は、シンチレータ１３で生じた光に関する検出信号の波高分布Ｙのみがシフトした場合に、ライトガイド１４に劣化が生じていると判定する。なお、劣化判定部２３は、予め記憶していた波高分布と、光検出器１５によって実際に測定された結果に基づく波高分布とを比較することによって、ライトガイド１４の劣化の有無を判定してもよい。或は、時間の経過とともに波高分布Ｙがシフトした場合に、ライトガイド１４に劣化が生じていると判定してもよい。
【００８９】
また、パルス発生器５５は、ＬＥＤ５１の発光を制御するとともに、ＬＥＤ５１を発光させるタイミングを示すパルス信号を制御部２０Ｂに出力している。線量算出部２１Ｂは、光検出器１５から出力された電気信号のうち、パルス発生器５５から出力されたパルス信号と同期する電気信号を、ＬＥＤ５１で発生した光信号の検出結果であると判断する。
【００９０】
これにより、線量算出部２１Ｂは、光検出器１５から出力された電気信号のうち、ＬＥＤ５１で発生した光信号の検出結果と、シンチレータ１３で生じた光の検出結果とを精度良く判別することができる。これにより、線量算出部２１Ｂは、ＬＥＤ５１で生じた光信号に関する検出信号の波高分布Ｘと、シンチレータ１３で生じた光に関する検出信号の波高分布Ｙとを精度良く求めることができる。
【００９１】
本実施形態は以上のように構成され、判定部は、ＬＥＤ５１からの光信号に関する検出信号の波高分布と、シンチレータ１３からの光に関する検出信号の波高分布とに基づいて、光検出器１５の不具合の有無、及び、ライトガイド１４の劣化の発生の有無を判定する。これにより、光検出器１５によって検出された光量に変化があった場合、光検出器１５の不具合によるものであるか、ライトガイド１４の劣化に起因するものであるかをリアルタイムで判定することができる。光検出器１５によって検出された光量の変化の原因をリアルタイムで特定することができるため、光検出器１５の不安定性を光の検出中に補正することができる。
【００９２】
なお、第二の実施形態で説明したライトガイド１４Ａの先端にＬＥＤ５０を取り付けて判定閾値Ｑｔｈを変更する構成と、第三の実施形態で説明したように、光検出器１５の不具合の有無、及び、ライトガイド１４の劣化の発生の有無を判定する構成とを組み合わせて使用してもよい。
【００９３】
以上、本発明は、前述した第一から第三の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。例えば、第一から第三の実施形態では、本発明の一側面に係る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、本発明の一側面に係る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一側面に係る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、本発明の一側面に係る中性子線検出装置を使用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明の種々の側面によれば、光ファイバが劣化して光の透過率が低下しても、中性子線の検出精度の低下を抑制することができる中性子線検出装置及び中性子捕捉療法装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００９５】
１…中性子捕捉療法装置、２…サイクロトロン（加速器）、７…ターゲット、１２…中性子線検出器、１３…シンチレータ、１４、１４Ａ…ライトガイド（光ファイバ）、１４Ｂ…ＬＥＤ用ライトガイド（光発光部用光ファイバ）、１５…光検出器、２０，２０Ａ，２０Ｂ…制御部、２１，２１Ａ，２１Ｂ…線量算出部、２３…判定部、５０，５１…ＬＥＤ（光発光部）、Ｎ…中性子線、Ｍ…中性子線生成部。
【図１】
0006052933.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0006052933.tif 000009
【図９】
0006052933.tif 000010
【図１０】
0006052933.tif 000011
【図１１】
0006052933.tif 000012
【図１２】
0006052933.tif 000013
【図４】
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