CN116529635A - 测量装置、测量方法、测量系统及放射线治疗系统 - Google Patents
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Abstract
测量装置根据在内部包含空气的电离室中测量的与包括中子线及γ射线的放射线相关的测量值、以及在检测器中检测出的与中子线相关的检测值来计算γ射线的剂量。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量装置、测量方法、测量系统及放射线治疗系统。
背景技术
近年来，有一种使用中子线来进行治疗的技术。例如，作为照射中子线来杀死癌细胞的中子捕捉疗法，已知有一种使用了硼化合物的硼中子捕捉疗法(BNCT：Boron NeutronCapture Therapy)。在硼中子捕捉疗法中，向预先掺入到癌细胞中的硼照射中子线，并通过由此产生的重带电粒子的飞散来选择性地破坏癌细胞。
为了测量如此用于治疗的中子线的量，例如使用专利文献1所示的中子线测量装置。专利文献1所示的中子线测量装置由检测部检测中子线，并根据该检测结果来计算中子线的量。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-166777号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
其中，在中子捕捉疗法中，从带电粒子线生成中子线时，γ射线也一起生成。为了保证在中子捕捉疗法中所照射的射束的品质，不仅需要适当地测量中子线的剂量，还需要适当地测量γ射线的剂量。在以往的γ射线的测量手法中，例如使用填充有2种气体的灵敏度不同的电离室(Ionization chamber)来测量γ射线(Gamma Ray)。但是，在这样的测量手法中，需要用于将气体填充于电离室中的设备，与测量相关的处理变得繁琐，因此工时增加。因此，要求容易地测量γ射线的剂量。
因此，本发明的目的在于提供一种能够容易地测量γ射线的剂量的测量装置、测量方法、测量系统及放射线治疗系统。
用于解决技术课题的手段
本发明的一个方面所涉及的测量装置根据在内部包含空气的电离室中测量到的与包括中子线及γ射线的放射线相关的测量值、以及在检测器中检测出的与中子线相关的检测值来计算γ射线的剂量。
该测量装置根据在电离室中测量到的与放射线相关的测量值、以及在检测器中检测出的检测值来计算γ射线的剂量。关于该测量值，由于在包含空气的电离室中进行测量，因此无需另设用于将气体填充于电离室的设备，便能够容易地测量。并且，测量装置能够使用中子计数从该测量值中去除与中子线相关的值的影响。如上所述，该测量装置能够容易地测量γ射线的剂量。并且，该测量装置也能够容易地测量中子线的剂量。
在一实施方式中，测量值包括由电离室内的空气与中子线的反应而产生的第1电离量、以及由电离室内的空气与γ射线的反应而产生的第2电离量，根据第2电离量来计算γ射线的剂量。此时，根据测量值、第1电离量及中子计数来导出第2电离量，从而能够适当地测量γ射线的剂量。
在一实施方式中，检测值为与中子线相关的中子计数，第1电离量与由电离室内的空气中所包含的氮和中子线的反应而产生的电离量近似。此时，由氮与中子线的反应而产生的电离量与中子计数成比例，因此可视为第1电离量与中子计数成比例。因此，根据中子计数来计算第1电离量。因此，能够通过从测量值中去除第1电离量来导出第2电离量，并能够适当地测量γ射线的剂量。
本发明的另一个方面所涉及的测量方法包括如下工序：根据在内部包含空气的电离室中测量到的与包括中子线及γ射线的放射线相关的测量值、以及在检测器中检测出的与中子线相关的检测值来计算γ射线的剂量。
根据该测量方法，能够获得与上述测量装置相同的作用/效果。
本发明的另一个方面所涉及的测量系统具备：放射线治疗装置，照射包括中子线及γ射线的放射线；及测量装置，根据在内部包含空气的电离室中测量到的与放射线相关的测量值、以及在检测器中检测出的与中子线相关的检测值来计算从放射线治疗装置照射的γ射线的剂量。
根据该测量系统，在测量装置中，根据与从放射线治疗装置照射的放射线相关的测量值、以及与从放射线治疗装置照射的中子线相关的检测值来计算γ射线的剂量。关于该测量值，由于在包含空气的电离室中进行测量，因此无需另设用于将气体填充于电离室中的设备，便能够容易地测量。并且，测量装置能够使用中子计数从该测量值中去除与中子线相关的值的影响。如上所述，该测量系统通过测量装置能够容易地测量放射线治疗装置的γ射线的剂量。并且，该测量系统通过测量装置也能够容易地测量放射线治疗装置的中子线的剂量。
本发明的另一个方面所涉及的放射线治疗系统具备：放射线治疗装置，照射包括中子线及γ射线的放射线；及测量装置，根据在内部包含空气的电离室中测量到的与放射线相关的测量值、以及在检测器中检测出的与中子线相关的检测值来计算γ射线的剂量，放射线治疗装置使用由测量装置计算的γ射线的剂量来控制放射线的照射。
根据该放射线治疗系统，在测量装置中，根据与从放射线治疗装置照射的放射线相关的测量值、以及与从放射线治疗装置照射的中子线相关的检测值来计算γ射线的剂量。关于该测量值，由于在包含空气的电离室中进行测量，因此无需另设用于将气体填充于电离室中的设备，便能够容易地测量。并且，测量装置能够使用中子计数从该测量值中去除与中子线相关的值的影响。因此，通过测量装置可容易地测量放射线治疗装置的γ射线的剂量。并且，通过测量装置也可容易地测量放射线治疗装置的中子线的剂量。放射线治疗装置使用在测量装置中测量的中子线的剂量及γ射线的剂量中的至少一者来控制包括中子线及γ射线的放射线的照射，从而能够照射对患者而言适当剂量的放射线。并且，放射线治疗装置能够抑制向患者照射包括具有超过规定的临界值的剂量的中子线及γ射线中的至少一者的放射线。
发明效果
根据本发明，能够提供一种能够容易地测量γ射线的剂量的测量装置、测量方法、测量系统及放射线治疗系统。
附图说明
图1是表示作为实施方式的放射线治疗装置的一例的中子捕捉疗法装置的概略图。
图2是实施方式的测量系统及测量装置的框图。
图3是表示10B的特性的图表。
图4是表示6Li的特性的图表。
图5是表示197Au的特性的图表。
图6是表示中子线测量方法的处理内容的流程图。
图7是比较例的测量系统及测量装置的框图。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的优选实施方式进行详细地说明。
本发明的实施方式的测量系统具备放射线治疗装置和测量装置。测量装置计算γ射线的剂量。测量装置例如计算由放射线治疗装置照射的中子线的剂量及γ射线的剂量。放射线治疗装置例如为中子捕捉疗法装置。首先，参考图1对产生成为测量装置的测量对象的中子线及γ射线的中子捕捉疗法装置的概要进行说明。图1是表示作为放射线治疗装置的一例的中子捕捉疗法装置的概略图。图1所示的中子捕捉疗法装置1(放射线治疗装置的一例)为使用硼中子捕捉疗法(BNCT：Boron Neutron Capture Therapy)进行癌症治疗的装置。中子捕捉疗法装置1向患者16(被照射体)照射包括中子线N及γ射线G的带电粒子线P(放射线的一例)。在中子捕捉疗法装置1中，例如向被给药硼(10B)的患者16的肿瘤照射中子线N。
中子捕捉疗法装置1具备加速器2。加速器2加速阴离子等带电粒子并出射带电粒子线P。加速器2例如由回旋加速器构成。在本实施方式中，带电粒子线P为从阴离子剥离电荷而生成的质子束。该加速器2例如生成射束半径40mm、60kW(＝30MeV×2mA)的带电粒子线P。另外，加速器并不限于回旋加速器，也可以为同步加速器或同步回旋加速器、直线加速器、静电加速器等。
从加速器2出射的带电粒子线P被发送至设置于中子捕捉疗法装置1的中子线生成部M。中子线生成部M由射束导管9和标靶10形成。从加速器2出射的带电粒子线P穿过射束导管9朝向配置于射束导管9的端部的标靶10行进。沿该射束导管9设置有多个四极电磁铁4及扫描电磁铁6。多个四极电磁铁4例如使用电磁铁来进行带电粒子线P的射束轴调整。
扫描电磁铁6扫描带电粒子线P并进行带电粒子线P对标靶10的照射控制。该扫描电磁铁6控制带电粒子线P对标靶10的照射位置。
中子捕捉疗法装置1通过将带电粒子线P照射于标靶10而产生中子线N，并将中子线N朝向配置于诊疗台17上的患者16出射。中子捕捉疗法装置1具备标靶10、屏蔽体8、减速构件12、准直器14及照射控制部18。
标靶10接受带电粒子线P的照射而生成包括中子线N及γ射线G的放射线。γ射线G随着该中子线N的产生而产生。标靶10为由通过被带电粒子线照射而产生中子线及γ射线的材质形成的固体形状的部件。具体而言，标靶10例如由铍(Be)或锂(Li)、钽(Ta)、钨(W)形成，例如呈直径160mm的圆盘状的固体形状。另外，标靶10并不限于圆盘状，也可以为其他形状。
减速构件12使由标靶10生成的中子线N减速(使中子线N的能量下降)。减速构件12可以具有由主要使中子线N中所包含的快中子减速的层12A及主要使中子线N中所包含的超热中子减速的层12B形成的叠层结构。
屏蔽体8遮蔽所产生的中子线N及γ射线G等以防止其向外部发射。屏蔽体8被设置成围绕减速构件12。屏蔽体8的上部及下部从减速构件12延伸至带电粒子线P的上游侧。
准直器14对中子线N的辐射场进行整形，并且具有中子线N穿过的开口14a。准直器14例如为在中央具有开口14a的方块状的部件。
照射控制部18控制带电粒子线P的照射。照射控制部18使用由后述测量装置计算的γ射线剂量来控制包括中子线及γ射线的带电粒子线P(放射线)的照射。照射控制部18例如控制从加速器2照射的带电粒子线P的剂量。详细内容将进行后述。
接着，参考图2对测量系统中所包括的测量装置的详细结构进行说明。图2是实施方式的测量系统及测量装置的框图。如图2所示，测量系统200(测量系统及放射线治疗系统的一例)具备中子捕捉疗法装置1和测量装置100。测量装置100为计算在中子捕捉疗法装置1中通过向标靶10照射带电粒子线P而产生的γ射线G的剂量(量)的测量装置。测量装置100例如也计算在中子捕捉疗法装置1中通过向标靶10照射带电粒子线P而产生的中子线N的剂量(量)。另外，测量系统200中的测量装置100例如计算针对从中子捕捉疗法装置1的准直器14的开口14a出射的中子线N及γ射线G的各剂量。测量装置100例如在患者16不在诊疗台17上的状态下设置于比准直器14的开口14a更靠中子线N的下游侧。
测量装置100例如将在中子捕捉疗法装置1中产生的γ射线G及中子线N的各剂量或测量结果输出至存储部50或显示部60。存储部50为作为分别储存信息的数据库而发挥功能的功能部。存储部50例如分别由包括存储器及存储装置中的至少一者的数据库、服务器或其他适当的介质来实现。显示部60为显示所输入的信息的功能部。显示部60例如为显示器。
如图2所示，测量装置100具备测量部20(电离室的一例)、检测部30(检测器的一例)及控制部40。测量装置100在测量部20中进行针对中子线N及γ射线G的测量处理，并且在检测部30中进行针对中子线N的检测处理。测量部20中的测量处理和检测部30中的检测处理例如使用相同的水假体(Water phantom)26在不同的时刻进行。
测量部20为测量与包括中子线N及γ射线G的放射线相关的测量值的机器。测量部20测量与中子线N及γ射线G相关的测量值。测量部20例如设置于中子捕捉疗法装置1中比标靶10更靠带电粒子线P的下游侧。因此，本实施方式的测量值由与中子线N相关的测量值及与γ射线G相关的测量值构成。测量部20例如由电离室构成。本实施方式的测量部20为在内部包含空气的电离室，并且为所谓的空气电离室。测量部20根据来自控制部40的测量控制信号进行测量。
具体而言，测量部20具备：箱体21，在其内部填充有空气；一对电极22、23，在箱体21的内部以相对置的方式设置；电流测量部24，测量在一对电极22、23之间产生的电流；及第1测量器25，根据基于电流测量部24的测量结果计算测量值。关于测量部20中的测量值的测量，使用水假体26来进行。即，来自中子捕捉疗法装置1的中子线N及γ射线G朝向水假体26照射。例如，箱体21及一对电极22、23设置于水假体26的内部。箱体21及一对电极22、23配置于水假体26内的规定的位置上。
箱体21例如通过延伸至水假体26的外部的导管而其内部曝露于大气中。箱体21内的空气例如包含氮及氧。在箱体21的内部可以仅填充有由氮构成的气体。一对电极22、23例如由铜等金属薄板构成。一对电极22、23彼此相对置的面即对置面被膜22a、23a覆盖。在一对电极22、23之间连接有电源，并且施加高压的电场。电流测量部24与一对电极22、23电连接。电流测量部24测量对一对电极22、23之间施加的电流值。
通过这样的结构，若中子线N及γ射线G穿过测量部20内，则中子线N及γ射线G与构成空气的分子碰撞而该分子被电离。在一对电极22、23之间施加电场，因此所电离的电子e-被收集到一个电极23上，离子i+被收集到高压的电极22上。因此，电流值按照随着构成空气的分子的电离而产生的电子e-及离子i+的数量而变化。电流测量部24将所测量的电流值输出至第1测量器25。
第1测量器25在将由电流测量部24测量的电流值转换成规定的测量值的基础上，将其发送至控制部40。随着构成空气的分子的电离而产生的电子e-及离子i+的数量与穿过箱体21内的中子线N的剂量及γ射线G的剂量成比例。因此，第1测量器25根据由电流测量部24测量的电流值来计算与中子线N相关的测量值及与γ射线G相关的测量值。第1测量器25通过使用公知的手法来计算电离量作为测量值，并输出至控制部40。第1测量器25例如通过将所产生的电流通过规定的电阻而转换成电压值来计算电离量。
测量值包括通过空气与中子线N的反应而产生的电离量即第1电离量、以及通过空气与γ射线G的反应而产生的电离量即第2电离量。在由第1测量器25计算测量值的阶段中，第1电离量和第2电离量彼此不区分。关于第1电离量和第2电离量，通过在控制部40中使用测量值及后述检测值进行运算来分别计算。另外，控制部40可以直接接收来自电流测量部24的检测结果，并在内部进行由第1测量器25进行的处理。
检测部30为检测中子线N的机器。检测部30计算与中子线相关的检测值。检测部30例如设置于中子捕捉疗法装置1中比标靶10更靠带电粒子线P的下游侧。检测部30具备：闪烁器31；光纤32，在前端设置有闪烁器31；光检测器33，检测从光纤32传递的光；及第2测量器34，根据基于光检测器33的检测结果检测检测值。检测部30根据来自控制部40的测量控制信号进行检测。
闪烁器31为将所入射的中子线转换成光的萤光体。闪烁器31与光纤32电连接。闪烁器31例如由6Li构成。闪烁器31按照所入射的中子线的剂量来使内部结晶成为激励状态并产生闪烁光。关于中子线的测量，使用水假体26来进行。即，在从中子捕捉疗法装置1向检测部30照射中子线N时，中子线N例如朝向与在测量部20中使用的水假体相同的水假体26照射。例如，在测量部20中的中子线N及γ射线G的测量处理结束之后，将箱体21及一对电极22、23从水假体26取出，并将闪烁器31及光纤32的一部分配置于水假体26内的规定的位置上。闪烁器31在水假体26中的位置可以随着测量的进行而适当变更。
光检测器33检测经由光纤32由闪烁器31发出的光。光检测器33将检测结果输出至第2测量器34。第2测量器34将来自光检测器33的检测结果转换成规定的检测值。第2测量器34将该检测值发送至控制部40。检测值例如为与中子线N相关的中子计数。第2测量器34计数中子的个数作为检测值，并输出至控制部40。另外，控制部40可以直接接收来自光检测器33的检测结果，并在内部进行由第2测量器34进行的处理。检测部30例如构成为具备1/v检测器。1/v检测器为闪烁器31的部分由1/v吸收剂构成的检测器。另外，对1/v检测器的详细内容将在后面叙述。
控制部40进行测量装置100全体的控制。控制部40具备处理器、存储器(Memory)、存储装置(Storage)、通信接口及使用者界面，并构成为通常的计算机。处理器为CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)等运算器。存储器为ROM(Read Only Memory：只读存储器)或RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)等存储介质。存储装置为HDD(Hard Disk Drive：硬碟驱动机)等存储介质。通信接口为实现数据通信的通信机器。使用者界面为键盘或触摸面板或麦克风等输入器。处理器统括存储器、存储装置、通信接口及使用者界面，并实现后述控制部40的功能。在控制部40中，例如将储存于ROM的程序加载至RAM，并由CPU执行加载至RAM的程序，从而实现各种功能。控制部40可以由多个计算机构成。
控制部40具备获取部41、运算部42及输出部43。
获取部41获取测量值及检测值。本实施方式的获取部41从测量部20获取测量值，并从检测部30获取检测值。获取部41将测量值及检测值输出至运算部42。另外，获取部41可以从存储部50获取预先储存于存储部50中的测量值及检测值中的至少一者。
运算部42根据由获取部41获取的测量值和检测值来计算γ射线G的剂量。运算部42根据在测量部20中测量的测量值、以及在检测部30中检测出的检测值来计算中子线N的剂量。运算部42首先计算第1电离量。接着，运算部42通过从全体的测量值中去除第1电离量的贡献来计算第2电离量。接着，运算部42根据第2电离量来计算γ射线G的剂量。对各值的计算方法将进行后述。
输出部43将在运算部42中计算出的γ射线G的剂量输出至存储部50或显示部60。输出部43将在运算部42中计算出的中子线N的剂量输出至存储部50或显示部60。输出部43例如使存储部50储存γ射线G的剂量及中子线N的剂量。输出部43例如使显示部60显示γ射线G的剂量及中子线N的剂量。输出部43可以将第1电离量及第2电离量输出至存储部50或显示部60。
输出部43将γ射线G的剂量输出至中子捕捉疗法装置1的照射控制部18。输出部43可以将中子线N的剂量输出至中子捕捉疗法装置1的照射控制部18。
以下，对运算部42中的各值的计算方法进行详细说明。由测量部20测量的测量值Cair为基于中子线N及γ射线G的箱体21内的空气的电离量。因此，关于测量值Cair，使用与中子线N相关的第1电离量Cneu及与γ射线G相关的第2电离量Cγ，如以下式(1)表示为第1电离量Cneu与第2电离量Cγ之和。
Cair＝Cneu+Cγ……(1)
填充于箱体21内的空气的组成由占空气的约80％的氮分子、以及占空气的约20％的氧分子构成。与氮分子的存在率相比，空气中的其他组合物的存在率非常小。因此，通过除了氮分子及氧分子以外的空气中的组合物与中子线N的反应而产生的电离量对测量值Cair的影响极小，因此可以不必考虑。氮原子的中子截面积σn(N，p)为1.930b(barn)，氧原子的中子截面积σn(O，p)为189.9μb(microbarn)。因此，与氧原子的中子截面积σn(O，p)相比，氮原子的中子截面积σn(N，p)非常大。因此，在基于中子线N的空气的电离中，由中子线N与氮分子的核反应引起的电离占主导地位。即，在基于中子线N的空气的电离中，由中子线N与氧分子的核反应引起的电离的贡献非常小，因此能够忽略。因此，在将由中子线N与氮分子的反应而产生的电离量设为氮电离量Cn(N，p)且将由中子线N与氧分子的反应而产生的电离量设为氧电离量Cn(0，p)的情况下，第1电离量Cneu如以下式(2)所示且与氮电离量Cn(N，p)近似。
[数学式1]
Cneu＝Cn(N，p)+Cn(O，p)≈Cn(N，p)…(2)
如以下式(3)，氮电离量Cn(N，p)与中子线Φneu成比例。即，由于氮电离量Cn(N，p)为通过中子线N与氮分子的反应而获得的电离量，因此与氮原子的中子截面积σn(N，p)乘以每秒穿过规定的面积的中子的数量而获得的值成比例。
[数学式2]
Cn(N，p)∝σn(N.p)Φneu…(3)
其中，关于由检测部30检测出的与中子相关的检测值即中子计数R，能够由使用了具有根据1/v规则的截面积的原子核与中子的核反应的检测部30进行测量。中子计数R为检测部30的反应数量(在测量时间内由检测部30检测中子(＝与中子反应)的次数)。其中，若将检测部30的闪烁器31中所使用的原子核的截面积设为σA，则如以下式(4)，中子计数R与截面积σA乘以每秒穿过规定的面积的中子的数量而获得的值成比例。
[数学式3]
R∝σAΦneu…(4)
其中，氮原子的原子核也具有根据1/v规则的截面积，因此与上述式(4)相同的关系性成立。因此，氮电离量Cn(N，p)如以下式(5)表示。如式(5)所示，氮电离量Cn(N，p)与中子计数R成比例。如式(2)所示，第1电离量Cneu与氮电离量Cn(N，p)近似，因此可视为第1电离量Cneu与中子计数R成比例。
[数学式4]
因此，若由检测部30检测出的检测值(中子计数R)和氮及中子检测器中所使用的原子核的截面积比已知，则运算部42能够计算第1电离量Cneu。因此，运算部42能够通过从测量部20的测量值Cair减去来计算第2电离量Cγ。若将比例常数设为α，则运算部42能够将第2电离量Cγ如以下式(6)表示。运算部42使用计算出的第2电离量Cγ来计算γ射线G的剂量。运算部42例如使用第2电离量Cγ并通过公知的方法来计算γ射线G的剂量。运算部42例如使用第1电离量Cneu或中子计数R并通过公知的方法来计算中子线N的剂量。
[数学式5]
其中，对使用中子计数R时的限制条件进行说明。首先，为了高精度地运算中子计数R，检测部30例如如上所述构成为具备1/v检测器。在使用1/v检测器的情况下，上述式(4)成立。其中，1/v吸收剂设为在中子线的入射能量为10-4MeV以下的入射能量低的区域中，截面积与1/v成比例地减少的关系成立的物质。根据1/v规则的截面积是指与1/v成比例地减少的截面积。另外，此处的截面积是指包含上述中子截面积的微观的截面积。即，截面积为表示引起核反应的比例的尺度。当将物质暴露于单能的中子场时的反应速度(每单位时间的反应次数)设为R0且将物质的原子核的数量密度设为N0时，截面积由式(7)定义。表示截面积变得越大吸收剂越容易与中子进行反应。“v”表示中子的速度。当将每1个中子的质量设为m时，v与中子能量E具有式(8)所示的关系。1/v检测器成为利用了截面积与1/v成比例的原子核的检测器。σ与1/v的比例关系成立，且v与E1/2的比例关系成立，因此σ与1/E1/2的比例关系成立。因此，当在记录中绘制横轴的能量时，如图3成为截面积与线形性的关系，并且斜率成为-1/2。
[数学式6]
作为这样的1/v吸收剂，可以举出10B、6Li、14N、3He等。具体而言，如表示10B的特性的图3的图表及表示6Li的特性的图4的图表所示，在10-4MeV以下的入射能量低的区域中，这些吸收剂的截面积与1/v成比例地减少。另外，在高能量区域中，与1/v的比例关系产生偏离，因此在这样的区域中，在运算截面积时需要进行修正。另一方面，如表示197Au的特性的图5的图表所示，即使在10-4MeV以下的入射能量低的区域中，该吸收剂的截面积也从1/v的比例关系偏离。因此，如197Au的吸收剂不属于1/v吸收剂。
另外，检测部30中所使用的1/v吸收剂的原子与成为反应数的运算对象的原子无需必须一致。例如，即使在检测部30中使用除了10B以外的1/v吸收剂，运算部42也能够运算10B的反应数。
如上所述，1/v吸收剂在高能量区域需要进行修正，但是为了减少该修正量，优选为在水假体26(参考图2)内进行测量。在空气中进行测量的情况下，中子场需要充分地热化。因此，本实施方式的测量装置100不适合超热中子场的检测。但是，测量装置100中的中子计数R的检测在水假体26内进行，因此该限制条件并无特别问题。
检测部30的检测头(闪烁器31的部分)小。因此，若水中的中子场的扰动效果(扰动效果＝应变效果×自屏蔽效果)不够小，则基于修正的不确定性变大。扰动效果为因在测量部位存在除了水以外的物质而引起的影响。具体而言，优选为将应变效果及自屏蔽效果抑制在1％以下的足够小的范围内。
以下，对中子捕捉疗法装置1的照射控制部18中的带电粒子线P的照射控制进行说明。照射控制部18使用由测量装置100计算的γ射线G的剂量来控制放射线的照射。另外，照射控制部18可以使用由测量装置100计算的中子线N的剂量来控制放射线的照射。
中子捕捉疗法装置1的照射控制部18例如判定在测量装置100中计算出的γ射线G的剂量是否分别收敛于规定的临界值的范围内。例如，在该剂量收敛于规定的临界值的范围内的情况下，中子捕捉疗法装置1结束基于测量装置100的测量，并开始向患者16的照射。
例如，在该剂量不收敛于规定的临界值的范围内的情况下，中子捕捉疗法装置1继续基于测量装置100的测量。此时，照射控制部18例如根据由测量装置100计算出的γ射线G的剂量来控制(调整)从加速器2照射的带电粒子线P的剂量。在加速器2照射由照射控制部18控制的带电粒子线P的情况下，测量装置100通过再次测量包括中子线N及γ射线G的放射线来计算被更新的γ射线G的剂量。
中子捕捉疗法装置1能够接收基于测量装置100的各剂量的反馈，直至γ射线G的剂量分别收敛于规定的临界值的范围内。另外，中子捕捉疗法装置1可以接收基于测量装置100的各剂量的反馈，直至中子线N的剂量收敛于规定的临界值的范围内。
接着，参考图6对本实施方式的测量方法的步骤进行说明。图6是表示中子线测量方法的处理内容的流程图。图6所示的流程图例如在从中子捕捉疗法装置1照射带电粒子线P且由测量部20接收来自控制部40的测量控制信号的情况下开始。首先，测量部20测量测量值Cair作为测量处理(步骤S210)。在从中子捕捉疗法装置1朝向水假体26内的箱体21照射包括中子线N及γ射线G的放射线时，电流测量部24测量在一对电极22、23之间产生的电流值。第1测量器25根据由电流测量部24获得的电流值来计算测量值Cair(电离量)，并将测量值Cair输出至控制部40。
接着，检测部30检测检测值即中子计数R作为检测处理(步骤S212)。在从中子捕捉疗法装置1朝向水假体26内的闪烁器31照射中子线N时，光检测器33检测由闪烁器31发出的光。另外，即使在从中子捕捉疗法装置1向闪烁器31照射γ射线G的情况下，闪烁器31中的中子计数R的值也不会受到太大影响，因此能够忽略γ射线G的影响。第2测量器34根据由光检测器33获得的检测结果来计算中子计数R，并将中子计数R输出至控制部40。
接着，控制部40的获取部41获取测量值Cair及检测值(中子计数R)作为获取处理(步骤S214)。获取部41从测量部20获取测量值Cair。获取部41从检测部30获取中子计数R。获取部41将测量值Cair及检测值(中子计数R)输出至运算部42。
接着，控制部40的运算部42计算γ射线的剂量作为运算处理(步骤S216)。运算部42根据中子计数R来计算第1电离量Cneu。运算部42根据测量值Cair及第1电离量Cneu来计算第2电离量Cγ。运算部42根据第2电离量Cγ来计算γ射线G的剂量。运算部42根据第1电离量Cneu来计算中子线N的剂量。运算部42将γ射线G的剂量及中子线N的剂量输出至输出部43。
接着，控制部40的输出部43将γ射线G的剂量及中子线N的剂量输出至存储部50或显示部60作为输出处理(步骤218)。输出部43例如使存储部50储存γ射线G的剂量及中子线N的剂量。输出部43例如使显示部60显示γ射线G的剂量及中子线N的剂量。
接着，对本实施方式的测量装置100的作用/效果，一边与比较例的测量装置300进行比较一边进行说明。在比较例的测量装置300中的装置或功能部的名称及符号与上述实施方式的测量装置100中的装置或功能部的名称及符号相同的情况下，设为测量装置300中的装置或功能部具有与测量装置100中的装置或功能部相同的功能。
图7是比较例的测量系统及测量装置的框图。如图7所示，测量系统400具备中子捕捉疗法装置1和测量装置300。测量装置300具备第1气体测量部310、第2气体测量部320、检测部30及控制部40。比较例的测量装置300计算中子线N的剂量及γ射线G的剂量。第1气体测量部310具备：箱体311，在其内部填充有第1气体；一对电极22、23；电流测量部24；第1测量器25；及第1气体供给部317，向箱体311的内部供给第1气体。箱体311设置于水假体26的内部。填充于箱体311的内部的第1气体例如为二氧化碳气体。第1气体从第1气体供给部317通过气体管进行供给。第1气体供给部317例如为气罐。一对电极22、23设置于箱体311的内部。
第2气体测量部320具备：箱体321，在其内部填充有第2气体；一对电极22、23；电流测量部24；第1测量器25；及第2气体供给部327，向箱体321的内部供给第2气体。箱体321设置于水假体26的内部。填充于箱体321的内部的第2气体的种类与第1气体不同。第2气体例如为甲烷气体、二氧化碳气体及氮气混合而获得的气体。第2气体从第2气体供给部327通过气体管进行供给。第2气体供给部327例如为气罐。一对电极22、23设置于箱体321的内部。
从中子捕捉疗法装置1向第2气体测量部320的中子线N例如朝向与在第1气体测量部310中使用的水假体相同的水假体26照射。例如，在第1气体测量部310中的中子线N及γ射线G的测量结束之后，将箱体311及设置于箱体311的内部的一对电极22、23从水假体26取出。接着，将箱体321及设置于箱体321的内部的一对电极22、23配置于水假体26内的规定的位置。并且，从中子捕捉疗法装置1向测量装置300的检测部30的中子线N例如也朝向与在第1气体测量部310中使用的水假体相同的水假体26照射。例如，在第2气体测量部320中的中子线N及γ射线G的测量结束之后，将箱体321及设置于箱体321的内部的一对电极22、23从水假体26取出。接着，将闪烁器31及光纤32的一部分配置于水假体26内的规定的位置上。
设置于测量装置300的第1气体测量部310和第2气体测量部320由于分别流入的气体的种类不同，因此具有不同的灵敏度。测量装置300使用由第1气体测量部310获得的测量值、以及由第2气体测量部320获得的测量值来计算γ射线G的剂量。即，为了在测量装置300中计算γ射线G的剂量，需要由第1气体测量部310中的测量处理及第2气体测量部320中的测量处理构成的共计2次的测量处理。并且，测量装置300使用检测部30中的检测值来计算中子线N的剂量。即，为了在测量装置300中计算中子线N的剂量，需要检测部30中的1次检测处理。因此，为了在比较例的测量装置300中计算中子捕捉疗法装置1中的γ射线G的剂量及中子线N的剂量，需要由第1气体测量部310中的测量处理、第2气体测量部320中的测量处理及检测部30中的检测处理构成的共计3次的处理。
在本实施方式的测量装置100中，通过由测量部20中的测量处理及检测部30中的检测处理构成的共计2次的处理，能够计算γ射线G的剂量，并且能够计算中子线N的剂量。因此，与比较例的测量装置300相比，本实施方式的测量装置100能够减少计算出γ射线G的剂量及中子线N的剂量为止的处理的次数，从而能够容易地计算该剂量。
并且，比较例的测量装置300的第1气体测量部310及第2气体测量部320需要具有分别不同的灵敏度以计算γ射线G的剂量。因此，在测量装置300中，向第1气体测量部310供给的第1气体及向第2气体测量部320供给的第2气体需要为彼此不同种类的气体。因此，为了在测量装置300中获得γ射线G的剂量，需要分别设置第1气体供给部317及第2气体供给部327。
另一方面，在本实施方式的测量装置100的测量部20中，箱体21的内部曝露于大气中，因此可以不设置用于向箱体21填充气体的设备。即使在设置该设备的情况下，只要仅设置用于向箱体21填充1种气体(空气)的设备即可。因此，与比较例的测量装置300相比，本实施方式的测量装置100能够减少设置用于填充气体的设备的成本及工时，从而容易地执行计算出γ射线G的剂量及中子线N的剂量为止的处理。
如上所述，测量装置100根据在具有在内部包含空气的箱体21(电离室)的测量部20中测量的与包括中子线N及γ射线G的放射线相关的测量值Cair、以及在检测部30(检测器)中检测出的与中子线N相关的中子计数R(检测值)来计算γ射线G的剂量。
本实施方式的测量装置100根据在测量部20中测量的与包括中子线N及γ射线G的放射线相关的测量值Cair和在检测部30中检测出的中子计数R来计算γ射线G的剂量。关于测量值Cair，由于在包含空气的箱体21内进行测量，因此无需另设用于将气体填充于箱体21内的设备便能够容易地测量。并且，测量装置100能够使用中子计数R从测量值Cair中去除与中子线N相关的值即第1电离量Cneu的影响。如上所述，该测量装置100能够容易地测量γ射线G的剂量。并且，该测量装置100也能够容易地测量中子线N的剂量。即，能够适当且容易地进行用于保证在中子捕捉疗法装置1中照射的射束的质量的γ射线G的剂量及中子线N的剂量的计算。
测量值Cair包括由箱体21内的空气与中子线N的反应而产生的第1电离量Cneu和由箱体21内的空气与γ射线G的反应而产生的第2电离量Cγ，根据第2电离量Cγ来计算γ射线G的剂量。此时，根据测量值Cair、第1电离量Cneu及中子计数R来导出第2电离量Cγ，从而能够适当地测量γ射线G的剂量。
检测值为与中子线N相关的中子计数R，第1电离量Cneu与由箱体21内的空气中所包含的氮与中子线N的反应而产生的电离量即氮电离量Cn(N，p)近似。此时，可视为第1电离量Cneu与中子计数R成比例，因此根据中子计数R来计算第1电离量Cneu。由此，能够通过从测量值Cair中去除第1电离量Cneu来导出第2电离量Cγ，从而能够适当地测量γ射线G的剂量。
如式(6)所示，本实施方式的测量装置100能够在不使用中子线Φneu的情况下计算第2电离量Cγ。另外，在使用具有能量分布的中子线Φneu来计算第2电离量Cγ的情况下，需要中子的截面积与中子线Φneu的能量积分，因此计算变得复杂，计算出的第2电离量Cγ的精度有可能降低。因此，运算部42通过不包括中子线Φneu的计算式来计算第2电离量Cγ，从而能够提高第2电离量Cγ的精度。
本发明的另一个方面的测量方法具有如下工序(步骤S216)：根据在具有在内部包含空气的箱体21(电离室)的测量部20中测量的与包括中子线N及γ射线G的放射线相关的测量值Cair、以及在检测部30(检测器)中检测出的与中子线N相关的中子计数R(检测值)来计算γ射线G的剂量。
根据该测量方法，能够获得与上述测量装置100相同的作用/效果。
本发明的另一个方面所涉及的测量系统200具备：中子捕捉疗法装置1(放射线治疗装置)，照射包括中子线N及γ射线G的放射线(带电粒子线P)；及测量装置100，根据在内部包含空气的箱体21(电离室)中测量的与放射线相关的测量值Cair、以及在检测部30(检测器)中检测出的与中子线N相关的中子计数R(检测值)来计算从中子捕捉疗法装置1照射的γ射线G的剂量。
根据该测量系统200，在测量装置100中，根据与从中子捕捉疗法装置1照射的放射线(带电粒子线P)相关的测量值Cair、以及与从中子捕捉疗法装置1照射的中子线N相关的中子计数R来计算γ射线G的剂量。关于该测量值Cair，由于在包含空气的箱体21中进行测量，因此无需单独设置用于将气体填充于箱体21中的设备便能够容易地测量。并且，测量装置100能够使用中子计数R从该测量值Cair中去除与中子线N相关的值的影响。如上所述，该测量系统200通过测量装置100能够容易地测量中子捕捉疗法装置1的γ射线G的剂量。并且，该测量系统200通过测量装置100也能够容易地测量中子捕捉疗法装置1的中子线N的剂量。
本发明的另一个方面所涉及的测量系统200(放射线治疗系统的一例)具备：中子捕捉疗法装置1(放射线治疗装置)，照射包括中子线N及γ射线G的放射线(带电粒子线P)；及测量装置100，根据在内部包含空气的箱体21(电离室)中测量的与放射线相关的测量值Cair、以及在检测部30(检测器)中检测出的与中子线N相关的中子计数R(检测值)来计算从中子捕捉疗法装置1照射的γ射线G的剂量，放射线治疗装置使用由测量装置计算的γ射线的剂量来控制放射线的照射。
根据该测量系统200，中子捕捉疗法装置1使用由测量装置100高精度地计算的中子线N的剂量及γ射线G的剂量中的至少一者来控制包括中子线N及γ射线G的放射线的照射，从而能够照射对患者16而言适当剂量的该放射线。并且，中子捕捉疗法装置1能够抑制向患者16照射包括具有超过规定的临界值的剂量的中子线N及γ射线G中的至少一者的放射线。
本发明并不限定于上述实施方式。
在上述实施方式中，运算部42计算中子线N的剂量，但是也可以不计算中子线N的剂量。测量装置100可以不具备测量部20及检测部30中的至少一者。在测量装置100不具备测量部20时，获取部41可以从存储部50获取预先储存于存储部50中的测量值Cair。在测量装置100不具备检测部30时，获取部41可以从存储部50获取预先储存于存储部50中的中子计数R(检测值)。
测量装置100能够适用除了闪烁器以外的检测器作为检测部30。例如，作为测量中子的个数的检测器，可以适用使用了3He的气体的比例计数管及对10B进行蒸镀的比例计数管等。检测方法并无特别限定，但是优选为计数中子的类型。
测量装置100可以将箱体21及闪烁器31设置于相同的水假体内。在该水假体内，箱体21的位置及闪烁器31的位置可以任意确定。因此，通过从中子捕捉疗法装置1朝向该水假体照射中子线N及γ射线G，能够同时获取测量值及检测值。此时，可以并行地执行测量处理(S210)及检测处理(S212)。
并且，检测处理(S212)可以在测量处理(S210)之前执行。此时，例如，在检测部30中的中子线N的检测结束时，可以将闪烁器31及光纤32的一部分从水假体26取出，并将箱体21及一对电极22、23配置于水假体26内的规定的位置。
另外，在测量系统200中，测量装置100可以将γ射线G的剂量及中子线N的剂量输出至校准装置(未图示)。校准装置为如下装置：获取与中子捕捉疗法装置1中的中子线N的注量相关的估计值，并与测量装置100的测量结果进行比较来校准估计值。在测量系统200中，校准装置可以与测量系统200中所包括的治疗计划装置(未图示)连接。此时，校准装置将估计值发送至治疗计划装置。治疗计划装置为在使用中子捕捉疗法装置1进行治疗时进行向患者如何照射中子线N的治疗计划的装置。即，测量系统200根据由测量装置100获得的结果(中子线N的剂量或γ射线G的剂量)来校准与中子捕捉疗法装置1中的中子线N的注量相关的估计值，从而能够设定中子捕捉疗法装置1中的适当的治疗计划。
符号说明
1-中子捕捉疗法装置，10-标靶，18-照射控制部，20-测量部，21-箱体，30-检测部，31-闪烁器，40-控制部，41-获取部，42-运算部，43-输出部，50-存储部，60-显示部，100-测量装置，200-测量系统(测量系统及放射线治疗系统的一例)，Cair-测量值，Cneu-第1电离量，Cγ-第2电离量，G-γ射线，N-中子线，P-带电粒子线，R-中子计数。
Claims (6)
1.一种测量装置，其根据在内部包含空气的电离室中测量到的与包括中子线及γ射线的放射线相关的测量值、以及在检测器中检测出的与所述中子线相关的检测值来计算所述γ射线的剂量。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其中，
所述测量值包括由所述电离室内的空气与所述中子线的反应而产生的第1电离量、以及由所述电离室内的空气与所述γ射线的反应而产生的第2电离量，
根据所述第2电离量来计算所述γ射线的剂量。
3.根据权利要求2所述的测量装置，其中，
所述检测值为与所述中子线相关的中子计数，
所述第1电离量与由所述电离室内的空气中所包含的氮与所述中子线的反应而产生的电离量近似。
4.一种测量方法，其包括如下工序：根据在内部包含空气的电离室中测量到的与包括中子线及γ射线的放射线相关的测量值、以及在检测器中检测出的与所述中子线相关的检测值来计算所述γ射线的剂量。
5.一种测量系统，其具备：
放射线治疗装置，照射包括中子线及γ射线的放射线；及
测量装置，根据在内部包含空气的电离室中测量到的与所述放射线相关的测量值、以及在检测器中检测出的与所述中子线相关的检测值来计算从所述放射线治疗装置照射的所述γ射线的剂量。
6.一种放射线治疗系统，其具备：
放射线治疗装置，照射包括中子线及γ射线的放射线；及
测量装置，根据在内部包含空气的电离室中测量到的与所述放射线相关的测量值、以及在检测器中检测出的与所述中子线相关的检测值来计算所述γ射线的剂量，
所述放射线治疗装置使用由所述测量装置计算的所述γ射线的剂量来控制所述放射线的照射。
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