JP2017009393A - Neutron measurement device, neutron measurement method, and treatment apparatus for boron neutron capture therapy - Google Patents

Neutron measurement device, neutron measurement method, and treatment apparatus for boron neutron capture therapy Download PDF

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直人 久米
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide neutron measurement technology for measuring dose of neutrons by energy in real time, and a treatment apparatus for a boron neutron capture therapy using the measured dose of the neutrons.SOLUTION: A neutron measurement device 10 is provided with: a recoil proton type detector 11 which has a substance generating inelastic scattering with neutrons to be irradiated, and generates a first signal when the inelastic scattering due to the neutrons is generated; a nuclear reaction type detector 12 which has a substance generating a nuclear reaction with the neutrons, and generates a second signal when the nuclear reaction due to the neutrons is generated; a mixed type detector 13 which has a substance generating the inelastic scattering or nuclear reaction with the neutrons, and generates a third signal when the inelastic scattering or nuclear reaction is generated; an event quantity counting part 16 which counts event quantities generated in the respective detectors, respectively based on the first signal, the second signal, and the third signal; and a dose by energy calculation part 17 which calculates dose of the neutrons by energy based on the counted event quantities in the respective detectors.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、中性子の線量を測定する中性子測定技術、及びホウ酸を含む薬剤が投与された患者に中性子を照射して治療を行うホウ素中性子捕捉療法用治療装置に関する。   Embodiments of the present invention relate to a neutron measurement technique for measuring a neutron dose, and a treatment apparatus for boron neutron capture therapy that performs treatment by irradiating a patient to which a medicine containing boric acid is administered with neutrons.

中性子線を治療に利用するホウ素中性子捕捉療法(BNCT:Boron Neutron Capture Therapy)や材料検査などでは、照射する中性子線の状態を正確に把握しておく必要があり、事前に中性子線のエネルギーや線量などのプロファイルを測定する測定装置が必要となる。   In boron neutron capture therapy (BNCT) and material inspection that use neutron radiation for treatment, it is necessary to accurately grasp the state of the neutron beam to be irradiated. A measuring device for measuring the profile is required.

なお、BNCTとは、放射線治療法の1つであり、ホウ素を含む薬剤が正常細胞よりも腫瘍細胞(例えば、がん細胞)に高濃度で蓄積されるという性質を利用して、薬剤を予め患者に投入して腫瘍部に薬剤を蓄積させ、原子炉や加速器で生成した中性子を腫瘍部に照射することにより腫瘍細胞内で核反応を起こし、腫瘍細胞に付与されるエネルギーで腫瘍を選択的に破壊する治療法である。特に、脳腫瘍など、がん細胞と正常細胞が混在する悪性度の高いがんに効果的な治療法として期待されている。   Note that BNCT is one of radiotherapy methods, and a drug containing boron is preliminarily used by utilizing the property that a drug containing boron is accumulated at a higher concentration in tumor cells (for example, cancer cells) than normal cells. Drugs are accumulated in the tumor area when injected into the patient, and the neutron generated by the nuclear reactor or accelerator is irradiated to the tumor area to cause a nuclear reaction in the tumor cell, and the tumor is selectively selected by the energy given to the tumor cell. It is a cure that destroys it. In particular, it is expected as an effective treatment method for cancers with high malignancy such as brain tumors in which cancer cells and normal cells are mixed.

ところで、中性子は電荷をもっていないため物質に入射した場合、物質中の原子核と弾性散乱、非弾性散乱、中性子捕獲等の反応が発生する。これらの反応断面積は、中性子のエネルギーと物質の原子核の種類で決まり、大きいものほど反応がしやすくなる。   By the way, since neutrons do not have a charge, when they enter a material, reactions such as elastic scattering, inelastic scattering, and neutron capture occur with nuclei in the material. These reaction cross sections are determined by the energy of the neutron and the type of the nucleus of the material. The larger the reaction cross section, the easier the reaction.

中性子の線量を測定する方法として、散乱で弾き飛ばされた荷電粒子である陽子を測定する方法、中性子と反応し生じた、陽子や3重水素(トリトン)、アルファ線(ヘリウムの原子核)などの荷電粒子を測定する方法の大きく2つの手法がある。いずれの手法の場合であっても、反応で生じた荷電粒子をシンチレータ方式の検出器、半導体式の検出器で計測することが可能となる。   As a method of measuring the dose of neutrons, a method of measuring protons, which are charged particles blown away by scattering, protons, deuterium (Triton), alpha rays (helium nuclei) generated by reaction with neutrons, etc. There are two main methods for measuring charged particles. Regardless of the method, charged particles generated by the reaction can be measured with a scintillator detector or a semiconductor detector.

従来から中性子の線量測定を行う装置の開発が進められており、中性子線を測定する検出器として、中性子に対する捕獲断面積の大きいヘリウムやホウ素を含んだガス検出器・シンチレータ検出器や、中性子とに対する非弾性散乱断面積の大きい水素を多く含む液体シンチレータ等を用いた反跳陽子型検出器が開示されている。これらは、中性子のエネルギーに合わせて感度が変わるため測定対象の中性子のエネルギーに適した検出器を選定して使用することができる。   Development of devices that measure neutron dose has been underway, and as detectors for measuring neutron beams, gas detectors / scintillator detectors containing helium and boron with a large capture cross-section for neutrons, A recoil-proton detector using a liquid scintillator containing a large amount of hydrogen having a large inelastic scattering cross section with respect to is disclosed. Since the sensitivity changes according to the neutron energy, a detector suitable for the neutron energy to be measured can be selected and used.

特に、熱外中性子等エネルギーの高い中性子への感度が高い液体シンチレータや、プラスチックシンチレータは中性子とガンマ線を弁別することが可能で、アンフォールディング手法を用いることで中性子のエネルギーも測定可能となる。   In particular, liquid scintillators and plastic scintillators with high sensitivity to neutrons with high energy such as epithermal neutrons can discriminate neutrons and gamma rays, and neutron energy can be measured by using an unfolding method.

また、BNCTに適用する中性子の線量測定装置として、測定対象である中性子ビーム上に開口部を設け、その周辺中性子データからビーム中心の中性子線量を測定する手法や、金の薄膜等の放射化量を評価することで中性子線量を測定する技術が開示されている。   In addition, as a neutron dosimetry device applied to BNCT, a method of measuring the neutron dose at the center of the beam from the surrounding neutron data by providing an opening on the neutron beam to be measured, and the amount of activation of a gold thin film, etc. A technique for measuring a neutron dose by evaluating the above is disclosed.

特開2014−190754号公報JP 2014-190754 A 特開2004−233168号公報JP 2004-233168 A

放射線計測ハンドブック 第4版Radiation Measurement Handbook 4th Edition

上述の中性子の線量測定技術は、検出器の感度が中性子のエネルギーに依存するため、高エネルギーあるいは低エネルギーの中性子の線量を個別には評価することができるものの、照射中にリアルタイムでエネルギー別の中性子線の線量を評価することはできなかった。   The above-mentioned neutron dosimetry technology can individually evaluate the dose of high-energy or low-energy neutrons because the sensitivity of the detector depends on the energy of neutrons. The dose of neutron radiation could not be evaluated.

また、金の薄膜等の放射化量を評価する技術は、中性子線への影響を低減しつつ、薄膜の種類を変更することで中性子のエネルギー特性を評価できるものの、リアルタイムで中性子の線量を精度良く測定することが困難である。このため、BCNTなどのリアルタイムで中性子の線量データを必要とする場合には適用が難しいという問題があった。   In addition, the technology that evaluates the amount of activation of gold thin films, etc. can evaluate the energy characteristics of neutrons by changing the type of thin film while reducing the effect on neutron radiation, but it can accurately measure the dose of neutrons in real time. It is difficult to measure well. For this reason, there is a problem that application is difficult when neutron dose data such as BCNT is required in real time.

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、エネルギー別の中性子の線量をリアルタイムで測定する中性子測定技術、及び測定された中性子の線量を用いるホウ素中性子捕捉療法用治療装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a neutron measurement technique for measuring a dose of neutrons according to energy in real time, and a treatment apparatus for boron neutron capture therapy using the measured dose of neutrons. For the purpose.

本発明の実施形態に係る中性子測定装置において、照射される中性子と非弾性散乱を生じる物質を有して、前記中性子による前記非弾性散乱が生じた際に第1の信号を発生する反跳陽子型検出器と、前記中性子と核反応を生じる物質を有して、前記中性子による前記核反応が生じた際に第2の信号を発生する核反応型検出器と、前記中性子と、前記非弾性散乱または前記核反応を生じる物質を有して、前記非弾性散乱または前記核反応を生じた際に第3の信号を発生する混合型検出器と、前記第1の信号、前記第2の信号、及び前記第3の信号に基づいて各検出器で発生したイベント量をそれぞれ計数するイベント量計数部と、計数された各検出器における前記イベント量に基づいて前記中性子の線量をエネルギー別に算出するエネルギー別線量算出部と、を備えることを特徴とする。   In the neutron measurement apparatus according to the embodiment of the present invention, a recoil proton that has a substance that generates inelastic scattering with an irradiated neutron and generates a first signal when the inelastic scattering by the neutron occurs. A nuclear reaction detector having a substance that causes a nuclear reaction with the neutron, and generating a second signal when the nuclear reaction by the neutron occurs, the neutron, and the inelasticity A mixed detector that has a substance that causes scattering or the nuclear reaction, and generates a third signal when the inelastic scattering or the nuclear reaction occurs, and the first signal and the second signal And an event amount counter for counting the amount of events generated in each detector based on the third signal, and calculating the dose of the neutrons for each energy based on the event amount in each detector counted. By energy Characterized in that it comprises a quantity calculating section.

本発明の実施形態に係る中性子測定方法において、照射される中性子と非弾性散乱を生じる物質を有する反跳陽子型検出器を用いて、前記中性子による前記非弾性散乱が生じた際に発生する第1の信号を受け付けるステップと、前記中性子と核反応を生じる物質を有する核反応型検出器を用いて、前記中性子による前記核反応が生じた際に発生する第2の信号を受け付けるステップと、前記中性子と、前記非弾性散乱または前記核反応を生じる物質を有する混合型検出器を用いて、前記非弾性散乱または前記核反応を生じた際に発生する第3の信号を受け付けるステップと、前記第1の信号、前記第2の信号、及び前記第3の信号に基づいて各検出器で発生したイベント量をそれぞれ計数するステップと、計数された各検出器における前記イベント量に基づいて前記中性子の線量をエネルギー別に算出するステップと、を含むことを特徴とする。   In the neutron measurement method according to the embodiment of the present invention, a first recurrence occurs when the inelastic scattering due to the neutron occurs using a recoil proton type detector having a material that causes inelastic scattering and the neutron to be irradiated. A step of receiving a signal of 1, a step of receiving a second signal generated when the nuclear reaction by the neutron occurs using a nuclear reaction detector having a substance that causes a nuclear reaction with the neutron, Receiving a third signal generated when the inelastic scattering or the nuclear reaction is generated using a neutron and a mixed detector having a substance that causes the inelastic scattering or the nuclear reaction; 1, counting the amount of events generated by each detector based on the second signal, and the third signal, respectively, and counting the event at each counted detector. Characterized in that it comprises a step of calculating the dose of the neutrons by energy based on the cement amount.

本発明の実施形態により、エネルギー別の中性子の線量をリアルタイムで測定する中性子測定技術、及び測定された中性子の線量を用いるホウ素中性子捕捉療法用治療装置を提供する。   According to an embodiment of the present invention, a neutron measurement technique for measuring a neutron dose according to energy in real time and a treatment apparatus for boron neutron capture therapy using the measured neutron dose are provided.

第1実施形態に係る中性子測定装置の構成図。The block diagram of the neutron measuring apparatus which concerns on 1st Embodiment. (A)本実施形態に適用される反跳陽子型検出器と光伝送部(光ファイバー)との接合の一例を示す概略断面図、(B)図2(A)のI−I断面図。(A) Schematic sectional drawing which shows an example of joining of the recoil-proton type detector and optical transmission part (optical fiber) applied to this embodiment, (B) II sectional drawing of FIG. 2 (A). (A)本実施形態に適用される反跳陽子型検出器と光伝送部(波長シフトバー)との接合の一例を示す概略断面図、(B)図3(A)のII−II断面図。(A) The schematic sectional drawing which shows an example of joining of the recoil-proton type detector applied to this embodiment, and an optical transmission part (wavelength shift bar), (B) II-II sectional drawing of FIG. 3 (A). (A)本実施形態に適用される反跳陽子型検出器と光伝送部(波長シフトバー)との接合の一例を示す概略断面図、(B)図4(A)のIII−III断面図。(A) The schematic sectional drawing which shows an example of joining of the recoil-proton type detector applied to this embodiment, and an optical transmission part (wavelength shift bar), (B) III-III sectional drawing of FIG. 4 (A). ガンマ線起因により発生するイベントを弁別するイベント量計数部の構成を示す図。The figure which shows the structure of the event amount counting part which discriminate | determines the event which generate | occur | produces by gamma ray origin. (A)BNCTにおける中性子のエネルギースペクトルの一例を示した説明図、(B)中性子のエネルギーに対する各検出器の検出感度を示した説明図。(A) Explanatory drawing which showed an example of the energy spectrum of neutron in BNCT, (B) Explanatory drawing which showed the detection sensitivity of each detector with respect to the energy of neutron. 第1実施形態に係る中性子測定装置の測定手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the measurement procedure of the neutron measuring apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第2実施形態に係る中性子測定装置の構成図。The block diagram of the neutron measuring apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る中性子測定装置が適用されたホウ素中性子捕捉療法用治療装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of the treatment apparatus for boron neutron capture therapy to which the neutron measuring apparatus which concerns on 3rd Embodiment was applied. (A)第3実施形態に係る中性子測定装置の変形例が適用されたホウ素中性子捕捉療法用治療装置の構成を示す図、(B)患者の患部に複数の検出ユニットを取り付けた状態を示す図。(A) The figure which shows the structure of the treatment apparatus for boron neutron capture therapy to which the modification of the neutron measuring apparatus which concerns on 3rd Embodiment was applied, (B) The figure which shows the state which attached the several detection unit to the affected part of a patient .

(第1実施形態)
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図1に示すように第1実施形態に係る中性子測定装置10は、反跳陽子型検出器11と、核反応型検出器12と、混合型検出器13と、光伝送部14(14,14,14)と、光検出部15(15,15,15)と、イベント量計数部16と、エネルギー別線量算出部17と、を備えている。なお、図1では、反跳陽子型検出器11、核反応型検出器12、及び混合型検出器13の3つの中性子検出器としてシンチレータ型を用いた場合の構成例を示している。
(First embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
As shown in FIG. 1, a neutron measurement apparatus 10 according to the first embodiment includes a recoil-proton detector 11, a nuclear reaction detector 12, a mixed detector 13, and an optical transmission unit 14 (14 1 , 14 1 , 14 2 , 14 3 ), a light detection unit 15 (15 1 , 15 2 , 15 3 ), an event amount counting unit 16, and a dose-by-energy calculation unit 17. FIG. 1 shows a configuration example in the case where a scintillator type is used as the three neutron detectors of the recoil proton type detector 11, the nuclear reaction type detector 12, and the mixed type detector 13.

反跳陽子型検出器11は、照射される中性子と非弾性散乱を生じる物質を内部に封入されており、中性子が非弾性散乱した際に生じる反跳陽子により第1の信号が発生する中性子検出器である。中性子と非弾性散乱を生じる物質としては、水素等の軽い元素が用いられる。   The recoil-proton detector 11 contains a neutron to be irradiated and a substance that generates inelastic scattering inside, and neutron detection in which a first signal is generated by the recoil proton generated when the neutron is inelastically scattered. It is a vessel. A light element such as hydrogen is used as a substance that causes inelastic scattering with neutrons.

反跳陽子型検出器11として、プラスチックシンチレータ、液体シンチレータ、スチルベンゼン型シンチレータが例示される。また、シンチレータに限らず、水素等の軽元素の含むガスを封入した検出器(特に、比例計数管)を用いても良い。非弾性散乱が生じた際に発生する第1の信号は、検出器の種類により異なり、シンチレータ型を用いた場合はシンチレータ光となり、比例計数管などのガス検出器を用いた場合は電気信号となる。なお、検出器の形状は円筒状など、矩形状のものに限定されない。   Examples of the recoil proton detector 11 include a plastic scintillator, a liquid scintillator, and a still benzene scintillator. In addition to a scintillator, a detector (particularly a proportional counter) in which a gas containing a light element such as hydrogen is enclosed may be used. The first signal generated when inelastic scattering occurs varies depending on the type of detector. When the scintillator type is used, the first signal becomes scintillator light, and when a gas detector such as a proportional counter is used, the first signal Become. The shape of the detector is not limited to a rectangular shape such as a cylindrical shape.

反跳陽子型検出器11で反跳陽子により発生する第1の信号は、照射される中性子のエネルギーに依存しており、反跳陽子型検出器11では高いエネルギー領域の中性子に感度を有する。シンチレータ型の反跳陽子型検出器11では、およそ100keV以上の中性子を検出することができる一方、これ以下のエネルギーを持つ中性子に対しては、リチウム(Li)等を含む核反応型検出器12に比べ反応断面積が数桁小さくなる。 The first signal generated by the recoil proton in the recoil proton detector 11 depends on the energy of the irradiated neutron, and the recoil proton detector 11 is sensitive to neutrons in a high energy region. The scintillator-type recoil-proton detector 11 can detect neutrons of about 100 keV or higher, while for neutrons having energy lower than this, a nuclear reaction detector containing lithium ( 6 Li) or the like. Compared to 12, the reaction cross section is several orders of magnitude smaller.

核反応型検出器12は、照射される中性子と核反応を生じる物質を検出器の内部に封入あるいは塗布されており、その物質と中性子とが核反応を生じた際に生成される放射線により第2の信号が発生する中性子検出器である。核反応を生じる物質として、ホウ素(10B、リチウム(Li)、及びヘリウム(He)の少なくとも一つを用いる。 In the nuclear reaction type detector 12, a substance that causes a nuclear reaction with the neutron to be irradiated is sealed or coated inside the detector, and the first reaction is caused by radiation generated when the substance and the neutron cause a nuclear reaction. This is a neutron detector that generates two signals. As a substance that causes a nuclear reaction, at least one of boron ( 10 B, lithium ( 6 Li), and helium ( 3 He) is used.

核反応型検出器12は、照射される中性子により核反応が生じた際に、表1に示すような反応で荷電粒子を生成する。   The nuclear reaction type detector 12 generates charged particles by a reaction as shown in Table 1 when a nuclear reaction is caused by irradiated neutrons.

Figure 2017009393
Figure 2017009393

核反応型検出器12として、この反応で生じた荷電粒子を計測することが可能な検出器であれば良く、シンチレータ型、ガス検出型のいずれも適用可能である。例えば、LiCAFシンチレータやプラスチックシンチレータなどのシンチレータの表面に10B、Li、Heなどを塗布したものが適用できる。中性子による核反応が生じた際に発生する第2の信号は、検出器の種類により異なり、シンチレータ型を用いた場合はシンチレータ光となり、比例計数管などのガス検出器を用いた場合は電気信号となる。なお、検出器の形状は円筒状など、矩形状のものに限定されない。 The nuclear reaction type detector 12 may be any detector that can measure charged particles generated by this reaction, and either a scintillator type or a gas detection type is applicable. For example, a surface of a scintillator such as a LiCAF scintillator or a plastic scintillator coated with 10 B, 6 Li, 3 He or the like can be used. The second signal generated when a nuclear reaction due to neutrons occurs differs depending on the type of detector. When the scintillator type is used, it becomes scintillator light, and when a gas detector such as a proportional counter is used, an electric signal It becomes. The shape of the detector is not limited to a rectangular shape such as a cylindrical shape.

核反応型検出器12に中性子が照射されると、断面積の大きさに依存した中性子捕獲を生じる。特に、Liを含むLiCaFシンチレータの場合、1keVのエネルギーを持つ中性子が入射した場合、(n,α)反応が起きる。 When the nuclear reaction detector 12 is irradiated with neutrons, neutron capture depending on the cross-sectional area is generated. In particular, in the case of a LiCaF scintillator containing 6 Li, when a neutron having an energy of 1 keV is incident, a (n, α) reaction occurs.

核反応はLiなどの原子密度で決まるとともに反応断面積のエネルギー依存性はおおむね中性子の速度の逆数に比例する。このため、核反応型検出器12は低いエネルギー領域の中性子に高い感度を有する。 The nuclear reaction is determined by the atomic density of 6 Li and the energy dependence of the reaction cross section is roughly proportional to the reciprocal of the neutron velocity. For this reason, the nuclear reaction type detector 12 has high sensitivity to neutrons in a low energy region.

混合型検出器13は、中性子と非弾性散乱または核反応をともに生じる物質を検出器の内部に封入あるいは塗布されており、非弾性散乱または核反応を生じた際に第3の信号を発生する。   The mixed type detector 13 encloses or is coated with a substance that causes inelastic scattering or nuclear reaction together with neutrons, and generates a third signal when inelastic scattering or nuclear reaction occurs. .

混合型検出器13は、中性子と非弾性散乱しやすい水素等の軽い元素と中性子と核反応しやすい元素(10B、Li、及びHeの少なくとも一つ)とを含む材料が検出器の内部に封入あるいは塗布される。 The mixed detector 13 is made of a material containing a light element such as hydrogen that is easily inelastically scattered with neutrons and an element (at least one of 10 B, 6 Li, and 3 He) that easily reacts with neutrons. Enclosed or coated inside.

混合型検出器13として、10BやLiを含んだプラスチックシンチレータや、液体シンチレータが例示される。なお、検出器の内部に含まれる両元素は均一に混ざっている必要がなく、どちらかの元素が表面に塗布されても良い。 Examples of the mixed detector 13 include a plastic scintillator containing 10 B and 6 Li, and a liquid scintillator. It should be noted that both elements contained in the detector need not be mixed uniformly, and either element may be applied to the surface.

中性子による非弾性反応または核反応が生じた際に発生する第3の信号は、検出器の種類により異なり、シンチレータ型を用いた場合はシンチレータ光となり、比例計数管などのガス検出器を用いた場合は電気信号となる。なお、検出器の形状は円筒状など、矩形状のものに限定されない。   The third signal generated when an inelastic or nuclear reaction by neutrons occurs depends on the type of detector. If a scintillator type is used, the third signal becomes scintillator light, and a gas detector such as a proportional counter is used. In the case, it becomes an electric signal. The shape of the detector is not limited to a rectangular shape such as a cylindrical shape.

混合型検出器13は、反跳陽子型及び核反応型の両方の構成を併せて持つ検出器であるため、100keV以上の高いエネルギー領域の中性子からエネルギーの低い領域の中性子までに感度を有する。   Since the mixed detector 13 is a detector having both a recoil proton type and a nuclear reaction type configuration, it has sensitivity from a high energy region neutron of 100 keV to a low energy region neutron.

反跳陽子型検出器11、核反応型検出器12、及び混合型検出器13の3つの検出器は、エネルギー分布がほぼ同一とみなせる範囲に設置されていれば良い。例えば5mm角の検出器を横並びに配置したものや、2mm×6mm×6mmの検出器を横に並べることで計6mm角の検出器としても良い。また、各検出器で発生するシンチレータ光が干渉しない反射材等を検出器の間に配置しても良い。   The three detectors of the recoil proton detector 11, the nuclear reaction detector 12, and the mixed detector 13 need only be installed in a range where the energy distribution can be regarded as substantially the same. For example, a detector having a total of 6 mm square may be formed by arranging detectors of 5 mm square side by side or by arranging detectors of 2 mm × 6 mm × 6 mm horizontally. Moreover, you may arrange | position the reflective material etc. which the scintillator light which generate | occur | produces in each detector does not interfere between detectors.

光伝送部14(14,14,14)は、各検出器で発生する信号(シンチレータ光)を光検出部15(15,15,15)に伝送する。 The optical transmission unit 14 (14 1 , 14 2 , 14 3 ) transmits a signal (scintillator light) generated by each detector to the light detection unit 15 (15 1 , 15 2 , 15 3 ).

光伝送部14は、検出器で発生したシンチレータ光を後段の光検出部15に伝送するための伝送手段であり、光ファイバーや波長シフトバー等の光を伝送できるものであればいずれでも適用できる。なお、各検出器と光伝送部14の結合部での光の伝送誤差を少なくすることで検出効率を高く保つことが可能となるため、光学グリス等でカップリングさせて使用することが望ましい。   The light transmission unit 14 is a transmission unit for transmitting scintillator light generated by the detector to the light detection unit 15 at the subsequent stage, and any device that can transmit light such as an optical fiber or a wavelength shift bar can be applied. In addition, since it becomes possible to maintain detection efficiency high by reducing the transmission error of the light in the coupling | bond part of each detector and the optical transmission part 14, it is desirable to couple and use it with optical grease.

図2〜図4は、反跳陽子型検出器11と光伝送部14の接合構成を示したものである。なお、図2〜図4は、接合構成の代表例として反跳陽子型検出器11と光伝送部14の接合例を示したものあり、核反応型検出器12と光伝送部14、混合型検出器13と光伝送部14の接合構成も同様なものとなる。 2 to 4 shows the bonding structure of the anti跳陽Ko detector 11 and the optical transmission unit 14 1. Incidentally, Figures 2-4, there shall as a representative example of the joining structure shown joining example anti跳陽Ko detector 11 and the optical transmission unit 14 1, the nuclear reaction detector 12 and the optical transmission unit 14 2, junction structure of a mixed type detector 13 and the optical transmission section 14 3 also becomes similar.

図2(A)は、光伝送部14として光ファイバーを用いた場合の反跳陽子型検出器11接合例を示しており、図2(B)はI−I断面図を示している。反跳陽子型検出器11のけがき部分に、光ファイバーがはめ込まれており、光ファイバーの先端部分に到達したシンチレータ光が光検出部15に伝送される。 FIG. 2A shows an example of a recoil proton detector 11 junction when an optical fiber is used as the optical transmission unit 14, and FIG. 2B shows a cross-sectional view taken along the line II. Scribed portion of the anti跳陽Ko detector 11, optical fibers have been fitted, the scintillator light reaching the distal end portion of the optical fiber is transmitted to the light detector 15 1.

図3(A)は、光伝送部14として波長シフトバーを用いた場合の反跳陽子型検出器11との接合例を示しており、図3(B)はII−II断面図を示している。反跳陽子型検出器11の内部を貫通するように波長シフトバーが挿入されており、波長シフトバーの表面に到達したシンチレータ光は波長がシフトされ光検出部15に伝送される。 3A shows an example of joining with the recoil-type proton detector 11 when a wavelength shift bar is used as the optical transmission unit 14, and FIG. 3B shows a cross-sectional view taken along the line II-II. . Wavelength shift bar so as to penetrate the inside of the anti跳陽Ko detector 11 and is inserted, scintillator light reaching the surface of the wavelength shift bars are transmitted to the light detector 15 1 is shifted wavelength.

同様に、図4(A)は、光伝送部14として波長シフトバーを用いた場合の反跳陽子型検出器11との接合例を示しており、図4(B)はIII−III断面図を示している。反跳陽子型検出器11の側面に波長シフトバーが配置されており、波長シフトバーの表面に到達したシンチレータ光は波長がシフトされ光検出部15に伝送される。 Similarly, FIG. 4A shows an example of joining with the recoil-type proton detector 11 when a wavelength shift bar is used as the optical transmission unit 14, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line III-III. Show. Wavelength shift bar to the side of the anti跳陽Ko detector 11 has been arranged, scintillator light reaching the surface of the wavelength shift bars are transmitted to the light detector 15 1 is shifted wavelength.

光伝送部14として光ファイバーを用いる場合と比較して、波長シフトバーを用いた場合、シンチレータ光を捕捉する面積が増加するため、高い検出効率を実現できる。   Compared with the case where an optical fiber is used as the optical transmission unit 14, when the wavelength shift bar is used, the area for capturing the scintillator light increases, so that high detection efficiency can be realized.

光検出部15(15,15,15)は、各検出器で発生したシンチレータ光を、光伝送部14を介して入力して、それぞれのシンチレータ光を電気信号(s,s,s)に変換してイベント量計数部16に出力する。 The light detection unit 15 (15 1 , 15 2 , 15 3 ) inputs the scintillator light generated by each detector via the optical transmission unit 14, and receives each scintillator light as an electric signal (s 1 , s 2). , S 3 ) and output to the event amount counter 16.

光検出部15として、光電子増倍管(PMTs)やシリコンPMT(Si−PN)や、フォトダイオード(PD)、アバランシェフォトダイオード(APD)やCCD/CMOS等の撮像素子など光信号を電気信号に変換できるものであればいずれを用いても良い。なお、変換された電気信号(s,s,s)には、シンチレータ光の発光量などの情報も含まれる。なお、放射線の影響により光検出部15が損傷せずに、各検出器の近傍に光検出部15を設置できる場合、各検出器と光伝送部14の伝送距離を短縮することができる。 As the photodetection unit 15, optical signals such as photomultiplier tubes (PMTs), silicon PMT (Si-PN), photodiodes (PD), avalanche photodiodes (APD), CCD / CMOS, etc. are used as electrical signals. Any one that can be converted may be used. The converted electrical signals (s 1 , s 2 , s 3 ) also include information such as the amount of scintillator light emitted. In addition, when the light detection part 15 can be installed in the vicinity of each detector without the light detection part 15 being damaged by the influence of radiation, the transmission distance between each detector and the light transmission part 14 can be shortened.

イベント量計数部16は、光検出部15から電気信号(s,s,s)を入力して、反跳陽子型検出器11、核反応型検出器12、及び混合型検出器13のそれぞれにおいて中性子検出による発生したイベント量をそれぞれ計数する。そして、計数された各検出器における中性子によるイベント量は、エネルギー別線量算出部17に出力される。 The event amount counting unit 16 receives electric signals (s 1 , s 2 , s 3 ) from the light detection unit 15, and recoils proton type detector 11, nuclear reaction type detector 12, and mixed type detector 13. Each event amount generated by neutron detection is counted. Then, the counted event amount due to the neutron in each detector is output to the energy-specific dose calculation unit 17.

これにより、高いエネルギー領域の中性子によるイベント量、低いエネルギー領域の中性子によるイベント量、そして低い領域から高い領域までの中性子によるイベント量がそれぞれ計数される。また、イベント量計数部16は、混合型検出器13に対応する中性子のイベント量から反跳陽子型検出器11に対応するイベント量と核反応型検出器12に対応するイベント量とを減算することで、中間的なエネルギー領域のイベント量を算出しても良い。   Thereby, the event amount by the neutron in the high energy region, the event amount by the neutron in the low energy region, and the event amount by the neutron from the low region to the high region are counted. Further, the event amount counter 16 subtracts the event amount corresponding to the recoil proton detector 11 and the event amount corresponding to the nuclear reaction detector 12 from the neutron event amount corresponding to the mixed detector 13. Thus, the event amount in the intermediate energy region may be calculated.

また、反跳陽子型検出器11、核反応型検出器12、及び混合型検出器13の各検出器は、ガンマ線に対しても感度を有する。このため、中性子とともにガンマ線が存在する環境下で測定する場合、ガンマ線によるイベントを除外する必要がある。   In addition, each of the recoil proton detector 11, the nuclear reaction detector 12, and the mixed detector 13 is sensitive to gamma rays. For this reason, when measuring in an environment where gamma rays are present together with neutrons, it is necessary to exclude events due to gamma rays.

図5は、ガンマ線起因により発生するイベントを弁別するイベント量計数部16の構成の一例を示すものである。   FIG. 5 shows an example of the configuration of the event amount counting unit 16 that discriminates events generated due to gamma rays.

イベント量計数部16は、前置増幅器18、A/D変換器19、波高弁別部20、計数部21、を備えている。   The event amount counting unit 16 includes a preamplifier 18, an A / D converter 19, a wave height discriminating unit 20, and a counting unit 21.

光検出部15(図1)から入力された電気信号(s,s,s)は、前置増幅器18で増幅され、A/D変換器19でディジタル信号に変換されて波高弁別部20に出力される。 The electric signals (s 1 , s 2 , s 3 ) input from the light detection unit 15 (FIG. 1) are amplified by the preamplifier 18, converted to a digital signal by the A / D converter 19, and the pulse height discrimination unit. 20 is output.

波高弁別部20は、核反応型検出器12に対応する電気信号sの波高値に基づいてガンマ線によって発生するイベントを弁別する。具体的には、ガンマ線のエネルギーに対する信号の波高値を予め評価しておき、得られた電気信号sの波高値を測定することで、ガンマ線によるイベントを弁別する。 The wave height discriminating unit 20 discriminates events generated by gamma rays based on the wave height value of the electrical signal s 2 corresponding to the nuclear reaction type detector 12. Specifically, the crest value of the signal with respect to the energy of the gamma ray is evaluated in advance, and the crest value of the obtained electric signal s 2 is measured to discriminate the event due to the gamma ray.

例えば、BNCTの場合、支配的な水素の中性子捕獲によるガンマ線のエネルギーは2.2MeVとなるのに対して、核反応型検出器12で核反応(例えば、Liと中性子との核反応)がした際に生じるエネルギーは5.4MeVとなり2倍以上大きい。つまり、ガンマ線のエネルギーに対する信号の波高値を予め評価しておくことで、ガンマ線によるイベントを弁別できる。 For example, in the case of BNCT, the energy of gamma rays by neutron capture of dominant hydrogen is 2.2 MeV, whereas nuclear reaction (for example, nuclear reaction between 6 Li and neutrons) is performed by the nuclear reaction detector 12. The generated energy is 5.4 MeV, which is twice as large. That is, an event caused by gamma rays can be discriminated by evaluating in advance the peak value of the signal with respect to the energy of gamma rays.

計数部21は、各検出器で検出されたイベント量をそれぞれ計数するとともに弁別されたガンマ線によるイベント量を計数する。また、計数部21は、各検出器のイベント量からガンマ線起因によるイベント量を減算して、各検出器での中性子起因によるイベントだけを抽出しても良い。   The counting unit 21 counts the event amount detected by each detector, and counts the event amount due to the discriminated gamma ray. Further, the counting unit 21 may subtract the event amount due to gamma rays from the event amount of each detector, and extract only the event due to neutrons in each detector.

エネルギー別線量算出部17は、計数された各検出器におけるイベント量に基づいて中性子の線量をエネルギー別に算出する。また、ガンマ線によるイベント量を考慮する場合は、計数されたガンマ線によるイベントに基づいてガンマ線の線量を求めて、このガンマ線の線量を除外したイベント量に基づいて中性子の線量をエネルギー別に算出する。   The energy-specific dose calculation unit 17 calculates the neutron dose for each energy based on the counted event amount in each detector. Further, when considering the event amount due to gamma rays, the dose of gamma rays is obtained based on the counted events due to gamma rays, and the neutron dose is calculated for each energy based on the event amount excluding the gamma ray dose.

このように、検出可能な中性子のエネルギー領域が異なる、反跳陽子型検出器11、核反応型検出器12、及び混合型検出器13の3種類の中性子検出器によって発生する中性子のイベント量を計数し、各検出器におけるイベント量に基づいて中性子の線量をエネルギー別に算出することで、リアルタイムで中性子のエネルギー別の照射線量を測定することができる。   In this way, the amount of neutron events generated by the three types of neutron detectors, the recoil-proton detector 11, the nuclear reaction detector 12, and the mixed detector 13, which have different detectable neutron energy ranges, is calculated. By counting and calculating the neutron dose for each energy based on the event amount in each detector, the irradiation dose for each neutron energy can be measured in real time.

また、エネルギー別線量算出部17は、所望の中性子のエネルギー範囲を事前に設定して、このエネルギー範囲の中性子線量、エネルギー範囲の最大値以上のエネルギーを有する中性子線量、及びエネルギー範囲の最小値以下のエネルギーを有する中性子線量の3領域における中性子線量を算出しても良い。   In addition, the energy-specific dose calculation unit 17 sets the energy range of a desired neutron in advance, the neutron dose in this energy range, the neutron dose having energy higher than the maximum value of the energy range, and the minimum value of the energy range or less The neutron dose in three regions of the neutron dose having the energy of may be calculated.

BNCTの場合、治療に使用する中性子のエネルギーは装置に依存するが、数keV〜数10keVの中性子を一般的に使用する。図6(A)は、BNCTにおける中性子のエネルギースペクトルの一例を示した説明図であり、縦軸は中性子の線量を表している。このように、BNCTでは、単色のエネルギーの中性子でなくある程度エネルギーに幅を有する。   In the case of BNCT, the energy of neutrons used for treatment depends on the apparatus, but neutrons of several keV to several tens keV are generally used. FIG. 6A is an explanatory diagram showing an example of the energy spectrum of neutrons in BNCT, and the vertical axis represents the dose of neutrons. Thus, BNCT has a certain range of energy rather than monochromatic energy neutrons.

低エネルギーの中性子の場合、患部に到達することなく対象の表面で吸収されるため、治療への寄与が小さく、被ばく量の増加への影響の大きくなる。一方で、エネルギーが高い場合、体に含まれる水素で中性子が散乱し、患部で吸収されることなく体外へ放出する確率が増加するため、治療への寄与が小さく、被ばく量の増加への影響が大きくなる。   In the case of neutrons with low energy, they are absorbed on the surface of the target without reaching the affected area, so that the contribution to the treatment is small and the influence on the increase in exposure dose is large. On the other hand, if the energy is high, neutrons are scattered by the hydrogen contained in the body, and the probability that it will be released outside the body without being absorbed by the affected area increases, so the contribution to treatment is small and the effect on the increase in exposure dose Becomes larger.

照射される中性子のエネルギーが変化すると、中性子に対する検出器の感度や、被ばく量の算出計数が大きく変わるため、以下の表2に示されるように患者への照射線量の評価が大きく変わる(参照:アイソトープ手帳(第11版))。   When the energy of the irradiated neutron changes, the sensitivity of the detector to neutrons and the calculated calculation of the exposure dose change greatly, so that the evaluation of the irradiation dose to the patient greatly changes as shown in Table 2 below (see: Isotope notebook (11th edition)).

Figure 2017009393
Figure 2017009393

このため、中性子照射による患者の被ばく量を低減させる観点から、患者への中性子源に含まれる中性子のエネルギー範囲のうち、患部のある深度に到達する中性子のエネルギー範囲E、エネルギー範囲Eの最大値EHigh以上、及びエネルギー範囲Eの最小値ELow以下のそれぞれの中性子線量を正確に把握する必要がある。 For this reason, from the viewpoint of reducing the exposure dose of the patient due to neutron irradiation, out of the neutron energy range included in the neutron source to the patient, the neutron energy range E reaching the affected depth and the maximum value of the energy range E It is necessary to accurately grasp each neutron dose equal to or higher than E High and equal to or lower than the minimum value E Low of the energy range E.

図6(B)は、中性子のエネルギーに対する各検出器の検出感度を示した説明図である。EHigh以上の中性子は、反跳陽子型検出器11で主に検出される一方、ELow以下の中性子は核反応型検出器12で主に検出される。そして、患部のある深度に到達する中性子のエネルギー範囲Eの中性子は、混合型検出器13で主に検出される。 FIG. 6B is an explanatory diagram showing the detection sensitivity of each detector with respect to neutron energy. Neutrons higher than E High are mainly detected by the recoil proton detector 11, while neutrons lower than E Low are mainly detected by the nuclear reaction detector 12. Then, neutrons in the energy range E of neutrons reaching a certain depth of the affected part are mainly detected by the mixed detector 13.

このため、エネルギー別線量算出部17は、EHigh以上の中性子の線量を第1の信号に対応するイベント量を用いて算出する一方、ELow以下の中性子の線量を第2の信号に対応するイベント量から算出する。 Therefore, the energy-specific dose calculation unit 17 calculates the dose of neutrons equal to or higher than E High using the event amount corresponding to the first signal, and corresponds the dose of neutrons equal to or lower than E Low to the second signal. Calculate from the event amount.

そして、エネルギー範囲Eにおける中性子の線量を、第3の信号に対応するイベント量から第1の信号及び第2の信号に対応するイベント量を減算して求める。   Then, the neutron dose in the energy range E is obtained by subtracting the event amount corresponding to the first signal and the second signal from the event amount corresponding to the third signal.

具体的な中性子の線量算出方法を、図7に示す中性子測定装置10の測定フローを用いて説明する(適宜、図1参照)。なお、ここでは、ガンマ線による影響を考慮するものとする。   A specific neutron dose calculation method will be described using the measurement flow of the neutron measurement apparatus 10 shown in FIG. 7 (see FIG. 1 as appropriate). Here, the effect of gamma rays is taken into consideration.

照射される中性子線を、反跳陽子型検出器11、核反応型検出器12、及び混合型検出器13で同時に測定する(S10、S11、S12)。   The irradiated neutron beam is simultaneously measured by the recoil proton detector 11, the nuclear reaction detector 12, and the mixed detector 13 (S10, S11, S12).

光検出部15は、3つの検出器で発生したシンチレータ光のそれぞれを入力して、それぞれのシンチレータ光を電気信号に変換する(S13)。変換された電気信号は、イベント量計数部16に出力される。   The light detection unit 15 inputs each of the scintillator lights generated by the three detectors, and converts each scintillator light into an electric signal (S13). The converted electrical signal is output to the event amount counter 16.

イベント量計数部16は、核反応型検出器12における電気信号の波高値を評価して、ガンマ線のイベント量:Nγを計数する(S14)。そして、イベント量計数部16は、各検出器におけるイベント量(N,N,N)を計数する(S15)。 Event amount counter 16 evaluates the peak value of an electrical signal at a nuclear reaction detector 12, the event of gamma: counting the N γ (S14). Then, the event amount counting unit 16 counts event amounts (N 1 , N 2 , N 3 ) in each detector (S15).

エネルギー別線量算出部17は、イベント量計数部16で計数されたガンマ線のイベント量:Nγに基づいてガンマ線量Xγを算出する(S16)。下記式(1)は、ガンマ線量Xγを算出する計算式を示している。なお、αはイベント量から線量を求めるための換算係数である。 Energy per dose calculating section 17, the event of counted gamma event amount counter 16: calculates the gamma dose X gamma based on the N γ (S16). The following formula (1) shows a calculation formula for calculating the gamma dose . Α 1 is a conversion coefficient for obtaining the dose from the event amount.

γ=α×Nγ・・・式(1) X γ = α 1 × N γ Expression (1)

エネルギー別線量算出部17は、ガンマ線量Xγを除外して、反跳陽子型検出器11におけるイベント量Nに基づいて高エネルギー中性子の線量Xhighを算出する(S17)。下記式(2)は、高エネルギー中性子の線量Xhighを算出する計算式を示している。なお、αはイベント量から線量を求めるための換算係数を意味である。 Energy per dose calculating section 17, to the exclusion of gamma dose X gamma, it calculates a high-energy neutron dose X high on the basis of the event amount N 1 in the anti跳陽Ko detector 11 (S17). The following formula (2) shows a calculation formula for calculating the dose X high of high energy neutrons. Α 2 means a conversion coefficient for obtaining the dose from the event amount.

high=α×N−Xγ・・・式(2) X high = α 2 × N 1 −X γ (2)

エネルギー別線量算出部17は、ガンマ線量Xγを除外して、核反応型検出器12におけるイベント量Nに基づいて低エネルギー中性子の線量Xlowを算出する(S18)。下記式(3)は、低エネルギー中性子の線量Xlowを算出する計算式を示している。なお、β、βはイベント量から線量を求めるための換算係数である。 Energy per dose calculating section 17, to the exclusion of gamma dose X gamma, it calculates the low-energy neutron dose X low based on the event the amount N 2 in a nuclear reaction detector 12 (S18). The following formula (3) shows a calculation formula for calculating the low energy neutron dose X low . Β 1 and β 2 are conversion coefficients for obtaining a dose from the event amount.

low=β−βγ・・・式(3) X low = β 2 N 2 −β 1 X γ Formula (3)

そして、エネルギー別線量算出部17は、混合型検出器13におけるイベント量Nから高エネルギー中性子の線量Xhigh、低エネルギー中性子の線量Xlow、及びガンマ線量Xγを減算したものに基づいてエネルギー範囲Eの中性子線量Xを算出する(S19)。下記式(4)は、エネルギー範囲Eの中性子線量Xを算出する計算式を示している。なお、C、Cはイベント量から線量を求めるための換算係数である。 Then, the energy-specific dose calculation unit 17 subtracts the high energy neutron dose X high , the low energy neutron dose X low , and the gamma dose X γ from the event amount N 3 in the mixed detector 13. to calculate the neutron dose X E in the range E (S19). Formula (4) shows a calculation formula for calculating the neutron dose X E energy range E. C 1 and C 2 are conversion factors for obtaining a dose from the event amount.

=C−C(Xhigh+Xlow+Xγ)・・・式(4) X E = C 2 N 3 -C 1 (X high + X low + X γ ) (4)

このように、検出可能な中性子のエネルギー領域が異なる、反跳陽子型検出器11、核反応型検出器12、及び混合型検出器13の3種類の中性子検出器によって発生する中性子のイベント量を計数し、所望のエネルギー範囲を設定した上で、各検出器におけるイベント量に基づいて中性子の線量をエネルギー別に算出することにより、目的に応じたエネルギー範囲の中性子線量をリアルタイムで測定することができる。   In this way, the amount of neutron events generated by the three types of neutron detectors, the recoil-proton detector 11, the nuclear reaction detector 12, and the mixed detector 13, which have different detectable neutron energy ranges, is calculated. By counting and setting the desired energy range, the neutron dose in the energy range according to the purpose can be measured in real time by calculating the neutron dose for each energy based on the event amount in each detector. .

なお、エネルギー範囲Eのイベント量Nを正確に求めるためには、誤差を考慮した式(4)の右辺の計算値が算出誤差を考慮して正になる必要がある。   In order to accurately obtain the event amount N in the energy range E, the calculated value on the right side of the equation (4) considering the error needs to be positive in consideration of the calculation error.

そこで、事前に評価された中性子源のエネルギースペクトルと各検出器の検出感度の関数とを用いて、Nを評価するために必要な統計量・測定時間を決定する。   Therefore, a statistic / measurement time necessary for evaluating N is determined using the energy spectrum of the neutron source evaluated in advance and a function of detection sensitivity of each detector.

具体的には、エネルギー範囲Eを設定して、各エネルギー範囲において中性子源のエネルギースペクトルと各検出器の検出感度の関数の積を積分することで、イベント量を推定することができ、統計誤差を算出できる。そして、各イベント量の誤差の和を算出し、この算出誤差の和が最小となるために必要なイベント量を集積させるために必要な時間を測定時間として設定する。これにより、エネルギー範囲Eの中性子線量Xの精度を向上させることができる。 Specifically, by setting the energy range E and integrating the product of the function of the energy spectrum of the neutron source and the detection sensitivity of each detector in each energy range, the amount of event can be estimated, and statistical error Can be calculated. Then, a sum of errors of each event amount is calculated, and a time necessary for accumulating event amounts necessary to minimize the sum of the calculation errors is set as a measurement time. Thus, it is possible to improve the accuracy of the neutron dose X E energy range E.

(第2実施形態)
図8は、第2実施形態に係る中性子測定装置10の構成図を示している。なお、図8において図1と共通の構成または機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 8 shows a configuration diagram of the neutron measurement apparatus 10 according to the second embodiment. In FIG. 8, parts having the same configuration or function as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

第2実施形態に係る中性子測定装置10が第1実施形態と異なる点は、反跳陽子型検出器11、核反応型検出器12、混合型検出器13とともにガンマ線の感度が中性子に対する感度より高いガンマ線検出器22を備える点にある。   The neutron measurement apparatus 10 according to the second embodiment is different from the first embodiment in that the sensitivity of gamma rays is higher than the sensitivity to neutrons together with the recoil-type proton detector 11, the nuclear reaction detector 12, and the mixed detector 13. The gamma ray detector 22 is provided.

ガンマ線検出器22は、各検出器とともに中性子の照視野に配置されて、ガンマ線の線量を計測する。ガンマ線検出器22として、Ge、CdTe、CdTe、CdZnTe、TlBr等の半導体検出器が使用できる。   The gamma ray detector 22 is disposed in the irradiation field of neutrons together with each detector, and measures the dose of gamma rays. As the gamma ray detector 22, a semiconductor detector such as Ge, CdTe, CdTe, CdZnTe, or TlBr can be used.

エネルギー別線量算出部17は、ガンマ線検出器22で計測されたガンマ線の線量を入力して、このガンマ線量を除外したイベント量に基づいて中性子の線量をエネルギー別に算出する。   The energy-specific dose calculation unit 17 inputs the gamma ray dose measured by the gamma ray detector 22 and calculates the neutron dose for each energy based on the event amount excluding the gamma dose.

ガンマ線に対する検出感度が高いガンマ線検出器22を追加で配置することで、上述したガンマ線のイベント量Nγを精度よく測定することが可能となるため、上述の式(4)の誤差を減らすことができ、高精度にエネルギー範囲Eの中性子線量Xを算出することができる。 By additionally arranging the gamma ray detector 22 having high detection sensitivity for gamma rays, the above-described gamma ray event amount N γ can be measured with high accuracy, so that the error in the above equation (4) can be reduced. can, it is possible to calculate the neutron dose X E energy range E with high accuracy.

(第3実施形態)
図9は、第3実施形態に係る中性子測定装置10が適用されたホウ素中性子捕捉療法用治療装置50の構成例を示している。なお、図9において、第1実施形態に係る中性子測定装置10(図1)と共通の構成または機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。光伝送部14、光検出部15は各検出器に対応して必要となるが、図9では省略して記載している。
(Third embodiment)
FIG. 9 shows a configuration example of a treatment apparatus 50 for boron neutron capture therapy to which the neutron measurement apparatus 10 according to the third embodiment is applied. 9, parts having the same configuration or function as those of the neutron measurement apparatus 10 (FIG. 1) according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. The optical transmission unit 14 and the light detection unit 15 are required for each detector, but are omitted in FIG.

まず、ホウ素を含む薬剤を投与した患者に中性子を照射して治療を行うホウ素中性子捕捉療法用治療装置50の構成について簡単に説明する。   First, the configuration of a treatment apparatus 50 for boron neutron capture therapy that treats a patient who has received a drug containing boron by irradiating neutrons will be briefly described.

ホウ素中性子捕捉療法用治療装置50は、陽子線加速器51、照射ユニット52、中性子照射制御装置53、治療台57、を備えている。   The treatment device 50 for boron neutron capture therapy includes a proton beam accelerator 51, an irradiation unit 52, a neutron irradiation control device 53, and a treatment table 57.

陽子線加速器51は、サイクロトロンなど(図示省略)を用いて陽子を加速し、陽子線(陽子ビーム)を生成する。生成された陽子線は、照射ユニット52に導かれる。   The proton beam accelerator 51 accelerates protons using a cyclotron or the like (not shown) to generate a proton beam (proton beam). The generated proton beam is guided to the irradiation unit 52.

照射ユニット52は、生成させた中性子を患者の患部に照射するユニットであり、ターゲット54、減速材55、コリメータ56、を備えている。ターゲット54は、陽子線加速器51から導かれた陽子線を照射されて、中性子を発生させる。減速材55は、発生させた中性子のエネルギーを治療に必要なエネルギーまで減速させるものである。コリメータ56は、ターゲット54で発生された中性子を、照視野に中性子を導くための流路を形成している。   The irradiation unit 52 is a unit that irradiates the affected area with the generated neutrons, and includes a target 54, a moderator 55, and a collimator 56. The target 54 is irradiated with a proton beam guided from the proton beam accelerator 51 to generate neutrons. The moderator 55 decelerates the generated neutron energy to the energy required for treatment. The collimator 56 forms a flow path for guiding neutrons generated by the target 54 to the irradiation field.

中性子照射制御装置53は、照射ユニット52から出力される中性子照射の開始/停止、そして照射時間、照射強度の制御を陽子線加速器51を介して行う。また、中性子照射制御装置53は、患者の領域の位置データ及びホウ素の濃度分布データを含む3次元情報を保存している。この3次元情報は、治療開始前に、MRI、X線CT、及びPET等の医療画像装置で取得される。   The neutron irradiation control device 53 controls the start / stop of neutron irradiation output from the irradiation unit 52 and the irradiation time and irradiation intensity via the proton beam accelerator 51. The neutron irradiation control device 53 stores three-dimensional information including position data of the patient region and boron concentration distribution data. This three-dimensional information is acquired by a medical imaging apparatus such as MRI, X-ray CT, and PET before the start of treatment.

検出ユニット23は、反跳陽子型検出器11、核反応型検出器12、及び混合型検出器13の3つの検出器が結束(または接着)されており、治療に影響を与えない位置で患者の患部周辺に取り付けられる。検出ユニット23は、3次元位置を外部から測定する際の目印になるマーカを有している。なお、検出ユニット23は、中性子の測定に影響を与えない材質であれば容器状のものに3つの検出器を収容しても良い。   In the detection unit 23, the recoil proton detector 11, the nuclear reaction detector 12, and the mixed detector 13 are bound (or bonded), and the patient is in a position that does not affect the treatment. It is attached around the affected area. The detection unit 23 has a marker that serves as a mark when measuring the three-dimensional position from the outside. The detection unit 23 may contain three detectors in a container shape as long as the material does not affect neutron measurement.

位置計測部24は、検出ユニット23が有するマーカを目印として、検出ユニット23の3次元上の位置情報を測定するものである。位置情報の測定方法は、レーザ距離計を用いた方法や、ステレオ視法など、検出ユニット23の位置を測定できるものであればいずれでもよい。   The position measurement unit 24 measures the three-dimensional position information of the detection unit 23 using the marker of the detection unit 23 as a mark. Any method for measuring the position information may be used as long as it can measure the position of the detection unit 23, such as a method using a laser distance meter or a stereo vision method.

位置情報関連付け部25は、エネルギー別線量算出部17で算出された中性子のエネルギー別の線量(線量情報)と測定された位置情報とを関連付けて出力する。これにより、患者の位置が治療中に変動してしまう場合であっても、位置のずれやそれに伴う中性子の照射線量をオンラインでモニタできる。   The positional information associating unit 25 associates and outputs the neutron energy-specific dose (dose information) calculated by the energy-specific dose calculating unit 17 and the measured positional information. Thereby, even if a patient's position fluctuates during treatment, the position shift and the accompanying neutron irradiation dose can be monitored online.

中性子照射制御装置53は、位置情報が関連付けられた中性子の線量情報を入力する。そして、保存している患者の患部領域における3次元情報と、中性子の線量情報とを用いてシミュレーション解析を行い患者の被ばく線量を計算する。そして、計算した被ばく量に応じて中性子の照射強度を制御する。   The neutron irradiation control device 53 inputs neutron dose information associated with position information. Then, a simulation analysis is performed using the stored three-dimensional information in the affected area of the patient and neutron dose information to calculate the exposure dose of the patient. And the irradiation intensity | strength of neutron is controlled according to the calculated exposure amount.

これにより、患者の位置が治療中に変動して、治療開始前に評価された中性子の照射線量から変化する場合であっても、中性子照射制御装置53にその変動をフィードバックすることが可能となり、適切な中性子の照射強度で治療をすることができる。   Thereby, even if the patient's position fluctuates during the treatment and changes from the irradiation dose of neutron evaluated before the start of the treatment, the fluctuation can be fed back to the neutron irradiation control device 53. Treatment can be performed with appropriate neutron irradiation intensity.

図10(A)は、第3実施形態に係る中性子測定装置10の変形例が適用されたホウ素中性子捕捉療法用治療装置50の概略構成図を示している。図10(B)は、患者の患部に複数の検出ユニット23を取り付けた状態を示している。   FIG. 10A shows a schematic configuration diagram of a treatment apparatus 50 for boron neutron capture therapy to which a modification of the neutron measurement apparatus 10 according to the third embodiment is applied. FIG. 10B shows a state where a plurality of detection units 23 are attached to the affected area of the patient.

本変形例では、図10(B)に示すように、複数の検出ユニット23を患者の患部周辺に取り付ける。   In this modification, as shown in FIG. 10B, a plurality of detection units 23 are attached around the affected area of the patient.

位置計測部24は、各検出ユニット23が有するマーカを目印として、検出ユニット23のそれぞれの3次元上の位置情報を測定する。そして、位置情報関連付け部25は、取得された検出ユニット23の各位置情報と検出ユニット23に対応する中性子の線量情報とを関連付けて出力する。   The position measurement unit 24 measures the three-dimensional position information of each detection unit 23 using the marker of each detection unit 23 as a mark. Then, the position information association unit 25 associates and outputs the acquired position information of the detection unit 23 and neutron dose information corresponding to the detection unit 23.

線量分布評価部26は、出力された各検出ユニット23のエネルギー別の線量に基づいて患部周辺の中性子線量分布を求める。これにより、患者の位置が治療中に変動してしまう場合であっても、患者の患部周辺の中性子の線量分布をオンラインで正確に求めることができる。また、治療前に中性子の線量分布を評価しておき、この事前情報と比較することで中性子照射位置の中心など任意の位置の中性子線量を評価することもできる。   The dose distribution evaluation unit 26 obtains a neutron dose distribution around the affected area based on the output doses of the respective detection units 23 for each energy. Thereby, even if a patient's position fluctuates during treatment, the dose distribution of neutrons around the affected area of the patient can be accurately obtained online. Further, the neutron dose distribution can be evaluated before treatment, and the neutron dose at an arbitrary position such as the center of the neutron irradiation position can be evaluated by comparing with the prior information.

中性子照射制御装置53は、測定された各位置情報が関連付けられた中性子の線量情報を入力する。そして、保存している3次元情報と中性子の線量情報を用いてシミュレーションを行い患者の被ばく線量を計算する。計算した被ばく量に応じて中性子の照射強度を制御する。   The neutron irradiation control device 53 inputs neutron dose information associated with each measured position information. Then, a simulation is performed using the stored three-dimensional information and neutron dose information to calculate the exposure dose of the patient. The neutron irradiation intensity is controlled according to the calculated exposure dose.

これにより、患者の位置が治療中に変動して、治療開始前に評価された中性子の照射線量から変動する場合であっても、中性子照射制御装置53にその変動をより正確にフィードバックすることが可能となる。   As a result, even when the position of the patient fluctuates during the treatment and fluctuates from the neutron irradiation dose evaluated before the start of the treatment, the fluctuation can be more accurately fed back to the neutron irradiation control device 53. It becomes possible.

以上述べた各実施形態の中性子測定装置によれば、検出可能な中性子のエネルギー領域が異なる、反跳陽子型検出器11、核反応型検出器12、及び混合型検出器13の3種類の中性子検出器によって発生する中性子のイベント量を計数し、各検出器におけるイベント量に基づいて中性子の線量をエネルギー別に算出することで、リアルタイムで中性子のエネルギー別の照射線量を測定することができる。   According to the neutron measurement apparatus of each embodiment described above, three types of neutrons, that is, a recoil-type proton detector 11, a nuclear reaction detector 12, and a mixed detector 13, which have different detectable neutron energy ranges. By counting the neutron event amount generated by the detector and calculating the neutron dose for each energy based on the event amount in each detector, the irradiation dose for each neutron energy can be measured in real time.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

また、イベント量計数部、エネルギー別線量算出部、位置情報関連付け部、線量分布評価部の各構成要素は、受け付けた入力信号を処理するコンピュータのプロセッサで実現することも可能であり、所定のプログラムコードを、プロセッサなどの電子回路において実行することによって実現しても良く、このようなソフトウェア処理に限らず、例えば、ASIC等の電子回路を用いたハードウェア処理で実現したユニットあるいは計算機として構成しても良いし、ソフトウェア処理とハードウェア処理とを組み合わせて実現したユニットあるいは計算機として構成しても良い。   In addition, each component of the event amount counting unit, the energy-specific dose calculating unit, the position information associating unit, and the dose distribution evaluating unit can be realized by a processor of a computer that processes the received input signal. The code may be realized by executing it in an electronic circuit such as a processor, and is not limited to such software processing. For example, the code may be configured as a unit or computer realized by hardware processing using an electronic circuit such as an ASIC. Alternatively, it may be configured as a unit or a computer realized by combining software processing and hardware processing.

10…中性子測定装置、11…反跳陽子型検出器、12…核反応型検出器、13…混合型検出器、14(14,14,14)…光伝送部、15(15,15,15)…光検出部、16…イベント量計数部、17…エネルギー別線量算出部、18…前置増幅器、19…A/D変換器、20…波高弁別部、21…計数部、22…ガンマ線検出器、23…検出ユニット、24…位置計測部、25…位置情報関連付け部、26…線量分布評価部、50…ホウ素中性子捕捉療法用治療装置、51…陽子線加速器、52…照射ユニット、53…中性子照射制御装置、54…ターゲット、55…減速材、56…コリメータ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Neutron measuring apparatus, 11 ... Recoil proton type detector, 12 ... Nuclear reaction type detector, 13 ... Mixed type detector, 14 (14 1 , 14 2 , 14 3 ) ... Optical transmission part, 15 (15 1 , 15 2 , 15 3 ) ... light detection unit, 16 ... event amount counting unit, 17 ... dose calculation unit by energy, 18 ... preamplifier, 19 ... A / D converter, 20 ... wave height discrimination unit, 21 ... counting , 22 ... gamma ray detector, 23 ... detection unit, 24 ... position measurement unit, 25 ... position information association unit, 26 ... dose distribution evaluation unit, 50 ... treatment apparatus for boron neutron capture therapy, 51 ... proton beam accelerator, 52 ... Irradiation unit, 53 ... Neutron irradiation control device, 54 ... Target, 55 ... Moderator, 56 ... Collimator.

Claims (10)

照射される中性子と非弾性散乱を生じる物質を有して、前記中性子による前記非弾性散乱が生じた際に第1の信号を発生する反跳陽子型検出器と、
前記中性子と核反応を生じる物質を有して、前記中性子による前記核反応が生じた際に第2の信号を発生する核反応型検出器と、
前記中性子と、前記非弾性散乱または前記核反応を生じる物質を有して、前記非弾性散乱または前記核反応を生じた際に第3の信号を発生する混合型検出器と、
前記第1の信号、前記第2の信号、及び前記第3の信号に基づいて各検出器で発生したイベント量をそれぞれ計数するイベント量計数部と、
計数された各検出器における前記イベント量に基づいて前記中性子の線量をエネルギー別に算出するエネルギー別線量算出部と、を備えることを特徴とする中性子測定装置。
A recoil-proton detector that has a substance that causes inelastic scattering and neutrons to be irradiated, and generates a first signal when the inelastic scattering by the neutron occurs;
A nuclear reaction detector having a substance that causes a nuclear reaction with the neutron and generating a second signal when the nuclear reaction by the neutron occurs;
A mixed detector that includes the neutron and a substance that causes the inelastic scattering or the nuclear reaction, and generates a third signal when the inelastic scattering or the nuclear reaction occurs;
An event amount counter for counting the amount of events generated by each detector based on the first signal, the second signal, and the third signal,
A neutron measurement apparatus comprising: a dose-by-energy calculation unit that calculates the dose of neutrons by energy based on the event amount in each detector counted.
前記反跳陽子型検出器、前記核反応型検出器、及び前記混合型検出器は、シンチレータであり、
各検出器で発生するシンチレータ光を伝送する光伝送部と、
入力した前記シンチレータ光を電気信号に変換して前記イベント量計数部に出力する光検出部と、を備えることを特徴とする請求項1に記載の中性子測定装置。
The recoil proton detector, the nuclear reaction detector, and the mixed detector are scintillators,
An optical transmission unit for transmitting scintillator light generated by each detector;
The neutron measurement apparatus according to claim 1, further comprising: a light detection unit that converts the inputted scintillator light into an electric signal and outputs the electric signal to the event amount counting unit.
前記イベント量計数部は、前記核反応型検出器に対応する前記電気信号の波高値に基づいてガンマ線により発生するイベントを弁別する波高弁別部と、
各検出器で検出された前記イベント量をそれぞれ計数するとともに弁別された前記ガンマ線によるイベントを計数する計数部と、を有して、
エネルギー別線量算出部は、計数された前記ガンマ線によるイベントに基づいて前記ガンマ線の線量を求めて、この前記ガンマ線の線量を除外した前記イベント量に基づいて前記中性子の線量をエネルギー別に算出することを特徴とする請求項2に記載の中性子測定装置。
The event amount counting unit is a wave height discriminating unit that discriminates events generated by gamma rays based on the crest value of the electrical signal corresponding to the nuclear reaction type detector;
A counting unit that counts the amount of the event detected by each detector and counts the event due to the gamma ray that has been discriminated,
The dose calculation unit by energy calculates the dose of the gamma ray based on the counted event by the gamma ray, and calculates the dose of the neutron by energy based on the event amount excluding the dose of the gamma ray. The neutron measurement apparatus according to claim 2, wherein
前記エネルギー別線量算出部は、所望の前記中性子のエネルギー範囲を設定して、前記エネルギー範囲の最大値よりも大きいエネルギーを有する前記中性子の線量を前記第1の信号に対応するイベント量を用いて算出し、前記エネルギー範囲の最小値よりも小さいエネルギーを有する前記中性子の線量を前記第2の信号に対応するイベント量を用いて算出し、前記エネルギー範囲における前記中性子の線量を、前記第3の信号に対応するイベント量から第1の信号及び第2の信号に対応するイベント量を減算して求めることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の中性子測定装置。   The dose calculation unit for each energy sets a desired energy range of the neutron, and uses the dose of the neutron having energy larger than the maximum value of the energy range using an event amount corresponding to the first signal. Calculating a dose of the neutron having an energy smaller than a minimum value of the energy range using an event amount corresponding to the second signal, and calculating the dose of the neutron in the energy range by the third amount. 4. The neutron measurement apparatus according to claim 1, wherein the neutron measurement apparatus is obtained by subtracting an event amount corresponding to the first signal and the second signal from an event amount corresponding to the signal. 5. 各検出器とともにガンマ線の感度が前記中性子に対する感度より高いガンマ線検出器をさらに設けて、
エネルギー別線量算出部は、前記ガンマ線検出器で検出されたガンマ線の線量を除外した前記イベント量に基づいて前記中性子の線量をエネルギー別に算出することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の中性子測定装置。
A gamma ray detector having a gamma ray sensitivity higher than the sensitivity to the neutron with each detector is further provided,
The dose calculation unit according to energy calculates the dose of the neutron according to energy based on the event amount excluding the dose of gamma rays detected by the gamma ray detector. The neutron measuring apparatus according to claim 1.
前記反跳陽子型検出器、前記核反応型検出器、及び前記混合型検出器を結束して、位置を外部から計測可能なマーカを有する検出ユニットと、
前記マーカを目印として、前記検出ユニットの3次元上の位置情報を取得する位置計測部と、
取得された前記位置情報と前記エネルギー別線量算出部で算出された前記中性子のエネルギー別の線量とを関連付けて出力する位置情報関連付け部と、をさらに備えることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の中性子測定装置。
A detection unit having a marker capable of measuring the position from the outside by binding the recoil-type detector, the nuclear reaction detector, and the mixed detector;
Using the marker as a mark, a position measurement unit that acquires position information on the detection unit in three dimensions;
The position information association part which correlates and outputs the acquired position information and the dose according to the energy of the neutron calculated by the energy dose calculation part. The neutron measurement apparatus according to any one of 5.
前記検出ユニットを複数配置させて、
位置情報関連付け部は、取得された前記検出ユニットの各前記位置情報と前記エネルギー別線量算出部で算出された前記中性子のエネルギー別の線量とを関連付けて出力して、
出力された各前記検出ユニットのエネルギー別の線量に基づいて3次元上の前記中性子の線量分布を評価する線量分布評価部をさらに備えることを特徴とする請求項6に記載の中性子測定装置。
A plurality of the detection units are arranged,
The position information associating unit associates and outputs each position information of the acquired detection unit and the dose by energy of the neutron calculated by the dose calculation unit by energy,
The neutron measurement apparatus according to claim 6, further comprising a dose distribution evaluation unit that evaluates a three-dimensional dose distribution of the neutron based on the output dose of each detection unit for each energy.
予め評価された前記中性子の線源のエネルギースペクトルと各検出器の検出感度とを用いて各検出器によるイベント量の誤差の和を算出し、この誤差の和が最小となるために必要なイベント量を集積させるために必要な時間を測定時間として設定することを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の中性子測定装置。   Calculate the sum of the error of the event amount by each detector using the energy spectrum of the neutron source evaluated in advance and the detection sensitivity of each detector, and the events necessary to minimize this error sum The neutron measurement apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein a time necessary for accumulating quantities is set as a measurement time. 照射される中性子と非弾性散乱を生じる物質を有する反跳陽子型検出器を用いて、前記中性子による前記非弾性散乱が生じた際に発生する第1の信号を受け付けるステップと、
前記中性子と核反応を生じる物質を有する核反応型検出器を用いて、前記中性子による前記核反応が生じた際に発生する第2の信号を受け付けるステップと、
前記中性子と、前記非弾性散乱または前記核反応を生じる物質を有する混合型検出器を用いて、前記非弾性散乱または前記核反応を生じた際に発生する第3の信号を受け付けるステップと、
前記第1の信号、前記第2の信号、及び前記第3の信号に基づいて各検出器で発生したイベント量をそれぞれ計数するステップと、
計数された各検出器における前記イベント量に基づいて前記中性子の線量をエネルギー別に算出するステップと、を含むことを特徴とする中性子測定方法。
Receiving a first signal generated when the inelastic scattering due to the neutron occurs using a recoil proton type detector having a material that causes irradiation and inelastic scattering; and
Receiving a second signal generated when the nuclear reaction by the neutron occurs using a nuclear reaction detector having a substance that causes a nuclear reaction with the neutron; and
Receiving a third signal generated when the inelastic scattering or the nuclear reaction is generated using a mixed detector having the neutron and a substance that causes the inelastic scattering or the nuclear reaction;
Counting each event amount generated in each detector based on the first signal, the second signal, and the third signal;
Calculating a dose of the neutron for each energy based on the event amount counted in each detector.
ホウ素を含む薬剤を投与した患者に中性子を照射して治療を行うホウ素中性子捕捉療法用治療装置であって、
請求項6または請求項7に記載の中性子測定装置と、
生成された前記中性子を前記患者の患部に照射する照射ユニットと、
前記患者の患部に照射される前記中性子の照射強度を制御する中性子照射制御装置と、を備えて、
前記検出ユニットは前記患者の患部周辺に取り付けられて、
中性子照射制御装置は、前記エネルギー別線量算出部で算出された前記中性子の線量に基づいて前記患者の被ばく線量を計算して、この被ばく量に応じて前記中性子の前記照射強度を制御することを特徴とするホウ素中性子捕捉療法用治療装置。
A treatment device for boron neutron capture therapy that treats a patient who has been administered a drug containing boron by irradiating neutrons,
The neutron measurement apparatus according to claim 6 or 7,
An irradiation unit for irradiating the affected area of the patient with the generated neutron;
A neutron irradiation control device for controlling the irradiation intensity of the neutron irradiated to the affected area of the patient,
The detection unit is attached around the affected area of the patient,
The neutron irradiation control device calculates an exposure dose of the patient based on the dose of the neutron calculated by the dose calculation unit according to energy, and controls the irradiation intensity of the neutron according to the exposure dose. A therapeutic device for boron neutron capture therapy.
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