JP2019174272A - 中性子線検出装置、及び中性子線検出装置の異常検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シンプルな構成で中性子線検出装置の異常を検知することができる中性子線検出装置、及び中性子線検出装置の異常検知方法を提供する。【解決手段】検出信号に基づいて形成される波高分布は、中性子線検出装置１００に異常が無い場合は、中性子線Ｎが徐々に増加し、ピークＰを形成して徐々に減少するような波形となる。すなわち、波高分布にピークが検出されない場合は、中性子線検出装置１００に異常があると判断できる。従って、判定部２３は、ピークＰが検出されない場合に異常と判定する。これにより、複数のモニタなどを用いることなく、容易に中性子線検出装置１００の異常を検知することができる。【選択図】図３

Description

本発明は、中性子線検出装置、及び中性子線検出装置の異常検知方法に関する。

中性子線とガンマ線とを弁別する技術として特許文献１に記載の技術がある。特許文献１に係るシステムでは、検出した信号の波高分布から中性子線による信号とガンマ線による信号とを弁別している。このシステムは、所定の判定閾値を設定し、検出した信号のうち、波高が判定閾値を超えたものを中性子線に関する信号として弁別している。また、このシステムは、検出器が劣化することで波高分布が低エネルギー側へ移動しても、判定閾値を設定し直すことで、弁別を好適に行っている。

国際公開第２０１４／１９２３２１号

上述のシステムによれば、検出器が劣化した場合に対応することができるものの、異常の発生を検知することが出来なかった。ここで、異常を検知するために、複数のモニタを併用し、検出結果の差異を監視することが考えられる。しかし、このような方法は、複数のモニタが必要となり、且つ、どのモニタで異常が発生しているかを把握することができない。従って、シンプルな構成で中性子線検出装置の異常を検知することが求められていた。

従って、本発明は、シンプルな構成で中性子線検出装置の異常を検知することができる中性子線検出装置、及び中性子線検出装置の異常検知方法を提供することを目的とする。

本発明に係る中性子線検出装置は、中性子線を検出する中性子線検出装置であって、放射線が入射すると光を発生させるシンチレータと、シンチレータで発生した光を伝送する光ファイバーと、光ファイバー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して弁別する弁別部と、中性子線検出装置の異常を判定する異常判定部と、を備え、弁別部は、波高分布における中性子線によるピークを検出し、異常判定部は、ピークが検出されない場合に異常と判定する。

この中性子線検出装置では、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して弁別する。ここで、検出信号に基づいて形成される波高分布は、中性子線検出装置に異常が無い場合は、中性子線が徐々に増加し、ピークを形成して徐々に減少するような波形となる。すなわち、波高分布にピークが検出されない場合は、中性子線検出装置に異常があると判断できる。従って、異常判定部は、ピークが検出されない場合に異常と判定する。これにより、複数のモニタなどを用いることなく、容易に中性子線検出装置の異常を検知することができる。以上より、シンプルな構成で中性子線検出装置の異常を検知できる。

中性子線検出装置において、異常判定部は、ピークが検出された場合、ピーク周辺における波高分布に対するフィッティングの結果が、正規分布とならない場合に異常と判定してよい。ここで、検出信号に基づいて形成される波高分布は、中性子線検出装置に異常が無い場合は、ピーク付近が正規分布となる。従って、異常判定部は、フィッティングの結果が正規分布とならない場合に異常と判定することで、容易に中性子線検出装置の異常を検知することができる。

中性子線検出装置において、異常判定部は、ピークが検出された場合、ピーク周辺における波高分布に対するフィッティングの結果を正規分布と対比し、正規分布と類似しない場合には、異常と判定してよい。ここで、検出信号に基づいて形成される波高分布は、中性子線検出装置に異常が無い場合は、ピーク付近が正規分布に類似する。従って、異常判定部は、フィッティングの結果が正規分布に類似しない場合に異常と判定することで、容易に中性子線検出装置の異常を検知することができる。

中性子線検出装置において、中性子線検出装置の劣化を判定する劣化判定部を更に備え、劣化判定部は、異常判定部によって異常が判定されなかった場合に劣化の判定を行い、フィッティングの結果に係る正規分布の幅が予め定めた範囲から外れる場合には、劣化と判定してよい。中性子線検出装置が劣化した場合は、フィッティングの結果に係る正規分布の幅が変化する。従って、劣化判定部が、フィッティングの結果に係る正規分布の幅が予め定めた範囲から外れる場合に劣化と判定することで、容易に中性子線検出装置の劣化を判定することができる。

中性子線検出装置において、中性子線検出装置の劣化を判定する劣化判定部を更に備え、劣化判定部は、異常判定部によって異常が判定されなかった場合に劣化の判定を行い、フィッティングの結果に係る正規分布の中心位置が予め定めた範囲から外れる場合には、劣化と判定してよい。中性子線検出装置が劣化した場合は、フィッティングの結果に係る正規分布の中心位置が変化する。従って、劣化判定部が、フィッティングの結果に係る正規分布の中心位置が予め定めた範囲から外れる場合に劣化と判定することで、容易に中性子線検出装置の劣化を判定することができる。

中性子線検出装置の異常検知方法は、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ーと、光ファイバー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して弁別する弁別部と、を備える中性子線検出装置の異常検知方法であって、波高分布における中性子線によるピークを検出する工程と、中性子線検出装置の異常を検出する工程と、を備え、異常を検出する工程では、ピークが検出されない場合に異常と判定する。

この中性子線検出装置の異常検知方法では、上述の中性子線検出装置と同様の作用・効果を得ることができる。

本発明によれば、シンプルな構成で中性子線検出装置の異常を検知することができる中性子線検出装置、及び中性子線検出装置の異常検知方法を提供することができる。

本発明の一実施形態の中性子線検出装置を備えた中性子捕捉療法システムを示す概略図である。 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。 中性子線検出装置を示すブロック図である。 正常な状態の波高分布を示すグラフである。 中性子線によるピークが検出できない波高分布を示すグラフである。 正規分布に類似しない波高分布を示すグラフである。 中性子線検出装置が劣化した場合の波高分布を示すグラフである。 実際の検出信号による波高分布の一例を示すグラフである。 中性子線検出装置の処理内容を示すフローチャートである。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１に示される中性子捕捉療法システム１５０は、中性子捕捉療法装置１と、中性子線検出装置１００と、表示部３１と、入力部３２と、を備える。ここでは、まず中性子捕捉療法装置１について説明する。中性子捕捉療法装置１は、ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ：Boron Neutron Capture Therapy）を用いたがん治療を行う装置である。中性子捕捉療法装置１では、例えばホウ素（^１０Ｂ）が投与された患者（被照射体）５０の腫瘍に中性子線Ｎを照射する。

中性子捕捉療法装置１は、サイクロトロン２を備えている。サイクロトロン２は、陰イオン等の荷電粒子を加速して、荷電粒子線Ｒを作り出す加速器である。本実施形態において、荷電粒子線Ｒは陰イオンから電荷を剥ぎ取って生成した陽子ビームである。このサイクロトロン２は、例えば、ビーム半径４０ｍｍ、６０ｋＷ（＝３０ＭｅＶ×２ｍＡ）の荷電粒子線Ｒを生成する能力を有している。なお、加速器は、サイクロトロンに限られず、シンクロトロンやシンクロサイクロトロン、ライナックなどであってもよい。

サイクロトロン２から出射された荷電粒子線Ｒは、中性子線生成部Ｍへ送られる。中性子線生成部Ｍは、ビームダクト３とターゲット７とからなる。サイクロトロン２から出射された荷電粒子線Ｒは、ビームダクト３を通り、ビームダクト３の端部に配置されたターゲット７へ向かって進行する。このビームダクト３に沿って複数の四極電磁石４、電流モニタ５、及び走査電磁石６が設けられている。複数の四極電磁石４は、例えば電磁石を用いて荷電粒子線Ｒのビーム軸調整を行うものである。

電流モニタ５は、ターゲット７に照射される荷電粒子線Ｒの電流値（つまり、電荷，照射線量率）をリアルタイムで検出するものである。電流モニタ５は、荷電粒子線Ｒに影響を与えずに電流測定可能な非破壊型のＤＣＣＴ（DC Current Transformer）が用いられている。電流モニタ５は、検出結果を後述する制御部２０に出力する。なお、「線量率」とは、単位時間当たりの線量を意味する。

具体的には、電流モニタ５は、ターゲット７に照射される荷電粒子線Ｒの電流値を精度よく検出するため、四極電磁石４による影響を排除すべく、四極電磁石４より下流側（荷電粒子線Ｒの下流側）で走査電磁石６の直前に設けられている。すなわち、走査電磁石６はターゲット７に対して常時同じところに荷電粒子線Ｒが照射されないように走査するため、電流モニタ５を走査電磁石６よりも下流側に配設するには大型の電流モニタ５が必要となる。これに対し、電流モニタ５を走査電磁石６よりも上流側に設けることで、電流モニタ５を小型化することができる。

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。

中性子捕捉療法装置１は、荷電粒子線Ｒをターゲット７に照射することにより中性子線Ｎを発生させ、患者５０に向かって中性子線Ｎを出射する。中性子捕捉療法装置１は、ターゲット７、遮蔽体９、減速材８、コリメータ１０、ガンマ線検出部１１を備えている。

また、中性子捕捉療法装置１は、制御部２０を備えている。制御部２０は、ＣＰＵ[Central Processing Unit]、ＲＯＭ[Read Only Memory]、ＲＡＭ[Random Access Memory]等から構成されており、中性子捕捉療法装置１を総合的に制御する電子制御ユニットである。制御部２０の詳細な構成については後述する。

ターゲット７は、荷電粒子線Ｒの照射を受けて中性子線Ｎを生成するものである。ここでのターゲット７は、例えば、ベリリウム（Ｂｅ）やリチウム（Ｌｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）により形成され、例えば直径１６０ｍｍの円板状を成している。なお、ターゲット７は、円板状に限らず、他の形状であってもよい。また、ターゲット７は固体状に限らず液体状であってもよい。

減速材８は、ターゲット７で生成された中性子線Ｎのエネルギーを減速させるものである。減速材８は、中性子線Ｎに含まれる速中性子を主に減速させる第１の減速材８Ａと、中性子線Ｎに含まれる熱外中性子を主に減速させる第２の減速材８Ｂと、からなる積層構造を有している。

遮蔽体９は、発生させた中性子線Ｎ、及び当該中性子線Ｎの発生に伴って生じたガンマ線等を外部へ放出されないよう遮蔽するものである。遮蔽体９は、減速材８を囲むように設けられている。遮蔽体９の上部及び下部は、減速材８より荷電粒子線Ｒの上流側に延在しており、これらの延在部にガンマ線検出部１１が設けられている。

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。

ガンマ線検出部１１は、荷電粒子線Ｒの照射により中性子線生成部Ｍから発生するガンマ線をリアルタイムで検出するものである。ガンマ線検出部１１としては、シンチレータや電離箱、その他様々なガンマ線検出機器を採用することができる。本実施形態において、ガンマ線検出部１１は、ターゲット７の周囲で減速材８より荷電粒子線Ｒの上流側に設けられている。

ガンマ線検出部１１は、荷電粒子線Ｒの上流側に延在する遮蔽体９の上部及び下部の内側にそれぞれ配置されている。なお、ガンマ線検出部１１の数は特に限定されず、一つであってもよく、三つ以上であってもよい。ガンマ線検出部１１を三つ以上設けるときは、ターゲット７の外周を囲むように所定間隔で設けることができる。ガンマ線検出部１１は、ガンマ線の検出結果を制御部２０に出力する。このガンマ線検出部１１を備えていない構成でもよい。

次に、本実施形態に係る中性子線検出装置１００の構成について、図２及び図３を参照して説明する。

図２に示されるように、中性子線検出装置１００は、中性子線検出器１２と、制御部２０と、を備える。また、中性子線検出装置１００の制御部２０は、表示部３１及び入力部３２と、接続されている。

コリメータ１０には、コリメータ１０の開口１０ａを通過する中性子線Ｎをリアルタイムで検出するための中性子線検出器１２が設けられている。中性子線検出器１２は、コリメータ１０に形成された貫通孔１０ｂ（開口１０ａと直交する方向に形成された貫通孔）中に少なくともその一部が設けられている。中性子線検出器１２は、シンチレータ１３、光ファイバー１４、光検出器１５を有している。

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。

光ファイバー１４は、シンチレータ１３で生じた光を伝達する部材である。光ファイバー１４は、例えば、フレキシブルな光ファイバーの束などから構成されている。光検出器１５は、光ファイバー１４を通じて伝達された光を検出するものである。光検出器１５としては、例えば光電子増倍管や光電管など各種の光検出機器を採用することができる。光検出器１５は、光検出時に電気信号（検出信号）を制御部２０に出力する。

表示部３１は、使用者に対して各種情報を表示する機器である。表示部３１として、ディスプレイ等が採用される。使用者に入力させたい情報がある場合、表示部３１は、使用者に対して情報の入力を案内する通知を表示する。また、表示部３１は、使用者の入力を受けて制御部２０で演算された結果などを表示する。表示部３１は、中性子線検出器１２の検出信号の波高分布を表示する。入力部３２は、使用者による各種入力がなされる機器である。入力部３２は、キーボード、マウス、タッチスクリーン等によって構成されている。

図３に示されるように、制御部２０は、線量算出部２１と、判定部（異常判定部、劣化判定部）２３と、照射制御部２２と、を有している。制御部２０は、電流モニタ５、走査電磁石６、ガンマ線検出部１１及び光検出器１５（中性子線検出器１２）、表示部３１、及び入力部３２と電気的に接続されている。

線量算出部２１は、電流モニタ５による荷電粒子線Ｒの電流値の検出結果に基づいて、ターゲット７に照射される荷電粒子線Ｒの線量をリアルタイムで測定（算出）する。線量算出部２１は、測定された荷電粒子線Ｒの電流値を時間に関して逐次積分し、荷電粒子線Ｒの線量をリアルタイムで算出する。

また、線量算出部２１は、ガンマ線検出部１１によるガンマ線の検出結果に基づいて、ガンマ線の線量をリアルタイムで測定（算出）する。

さらに、線量算出部２１は、中性子線検出器１２による中性子線Ｎの検出結果に基づいて、コリメータ１０の開口１０ａを通過する中性子線Ｎの線量を測定（算出）する。線量算出部２１は、光検出器１５から検出信号を受信し、中性子線に関する信号とガンマ線に関する信号とを弁別する（詳しくは後述する）。光検出器１５及び線量算出部２１は、弁別部を構成する。

線量算出部２１は、算出した荷電粒子線Ｒの線量、ガンマ線の線量、及び中性子線Ｎの線量に基づいて、ターゲット７で発生した中性子線Ｎの線量を総合的にリアルタイムで算出する。中性子線Ｎの線量など線量算出部２１による算出結果は、例えば表示部３１に表示される。

判定部２３は、中性子線検出装置１００の異常を判定する。また、判定部２３は、中性子線検出装置１００の中性子線検出器１２の劣化を判定する。判定部２３は、判定結果を表示部３１へ送信し、当該表示部３１で表示させる。なお、判定部２３の詳細については、後述する。

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。

次に、弁別部である線量算出部２１の機能、及び判定部２３の機能について、より詳細に説明する。

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Ｑ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。

図４は、中性子線検出装置１００が正常である場合の検出信号の波高分布を示すグラフである。図４では、横軸に光検出器１５で受光した光に関する検出信号の波高（光量）を示し、縦軸に検出信号のイベント数（Ｃｏｕｎｔ／ｓ）を示している。図４に示されるように、線量算出部２１は、波高分布において２つ目のピークを中性子線ＮによるピークＰとする。なお、実際の検出信号による波高分布は、図８に示すように、揺らぎのあるグラフとなる。図４〜図７においては、波高分布を曲線で近似した状態のグラフを示している。

線量算出部２１は、波高分布における中性子線ＮによるピークＰを検出する。なお、ここでは、中性子線検出装置１００が正常である場合の波高分布を示す図４と、中性子線検出装置１００の異常によって中性子線ＮによるピークＰを有していない波高分布を示す図５と、を比較することによって説明を行う。

前述のように、検出信号の波高分布は図８のような揺らぎのあるグラフである。従って、線量算出部２１は、検出信号の波高分布に対して、近似曲線を作成する。これにより、図４及び図５に示すようなグラフが得られる。パルス波高分布をスムージング（平滑化）して滑らかにすることで近似曲線を作成する。線量算出部２１は、近似曲線の横軸の位置（検出信号の波高）に応じた傾きを微分によって取得する。更に得られた微分曲線をスムージングする。これに基づき、線量算出部２１は、近似曲線のうち、傾きが正の状態から傾きが０となり、その後傾きが負となる箇所を、中性子線ＮによるピークＰとして検出する。一方、線量算出部２１は、近似曲線の中で、前述のような傾きの変化がある箇所を特定できない場合は、「ピークＰを検出できない」という結果を取得する。例えば、図４に示すグラフでは、前述のような傾きの変化がある箇所と特定できるため、線量算出部２１は、ピークＰを検出することができる。一方、図５に示すグラフでは、近似曲線は急激に減少した後、一様に減少し、その後、傾き０の状態が続いている。従って、線量算出部２１は、ピークＰを検出することができない。

線量算出部２１は、ピークＰを有する波高分布に対してフィッティングを行う。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。線量算出部２１は、最小二乗法を用いてフィッティングを行う。なお、線量算出部２１は、少なくとも検出したピークＰ付近の領域を含む範囲にて、最小二乗法によるフィッティングを行う。本実施形態では、ピークＰよりも横軸の負側（波高が低い側）の基準位置を設定し、線量算出部２１は、当該基準位置よりも横軸の正側（波高が高い側）の全範囲にわたってフィッティングを行うものとする。負側の基準位置は、例えば、微分が負から０となりその後正となる点に設定されてよい。図４に示す例では、ピークＰの負側に隣接した谷部（下側のピーク）の位置を基準位置としてよい。なお、正側にも基準位置を設定してもよく、例えば、谷部のピークＰを挟んだ反対側の位置を基準位置に設定してよい。これにより、線量算出部２１は、少なくともピークＰ付近の領域を含んだ範囲にてフィッティングを行うことができる。このような手順により、線量算出部２１は、ピークＰ周辺における波高分布に対するフィッティングの結果として、正規分布（すなわちガウス分布）にフィッティングされた近似曲線を得ることができる。

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。

線量算出部２１は、正規分布にフィッティングされた近似曲線に対して、判定閾値Ｑを設定する。ただし、線量算出部２１は、判定部２３の後述の判定方法により、中性子線検出装置１００の異常及び劣化がないと判定された近似曲線に対して、判定閾値Ｑを設定する。判定閾値Ｑを求めるための判定閾値計算式は、「Ｑ＝μ−ａσ」と表される。「μ」は中性子線ＮによるピークＰのエネルギー方向（グラフにおける横軸方向）の位置、すなわち検出信号の波高を示している。「σ」は、中性子線Ｎが作る分布の標準偏差を示す。なお、ここでは、正規分布にフィッティングされた近似曲線から得られた「μ」、「σ」を用いている。「ａ」は、σに対する係数を示す。すなわち、判定閾値Ｑは、エネルギー方向における中性子線ＮによるピークＰの波高μからａσだけ低い値に設定される。例えば、「ａ＝１．５」に設定され、中性子線Ｎによるピークの波高μから１．５σ低い値が判定閾値ｘ_０に設定される。ただし、「ａ」の値は特に限定されず、弁別の精度などに基づいて適宜変更してもよい。線量算出部２１は、このようにして得られた判定閾値Ｑを用いて中性子線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。

判定部２３は、線量算出部２１によって波高分布の中性子線ＮによるピークＰが検出されない場合に異常と判定する。判定部２３は、線量算出部２１からピークＰの検出結果を取得するが、このとき、「ピークＰを検出できない」という結果を受け取った場合に、異常があると判定する。

また、判定部２３は、波高分布にピークＰが検出された場合、ピークＰ周辺における波高分布に対するフィッティングの結果を正規分布と対比し、正規分布と類似しない場合には、異常と判定する。ここでのフィッティングの結果とは、上述のように、線量算出部２１によって得られた、正規分布にフィッティングされた近似曲線である。具体的には、判定部２３は、下記式（２）を用いて、Ｘ^２ _ｒｅｄを演算する。最小二乗法を用いてフィッティングを行った場合、Ｘ^２ _ｒｅｄの値が１に近いほど、フィッティングの結果が正規分布に近いことを示し、１から遠いほどフィッティングの結果が正規分布からずれていることを示す。なお、式（２）のうちの「ｆ（ｘ_ｉ）」は、上述の式（１）が当てはまる。「ｙ_ｉ」は、横軸のある箇所（ｉに対応する箇所）におけるカウント数を示している。「ｉ＝１」の箇所は、最小二乗法でフィッティングした際に設定した基準位置に該当する箇所である。

判定部２３は、Ｘ^２ _ｒｅｄに対する閾値として、Ｘ^２ _{ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ}を予め設定しておく。判定部２３は、Ｘ^２ _ｒｅｄがＸ^２ _{ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ}より大きくなった場合に、異常と判定する。当該閾値は特に限定されないが、フィッティングの結果の近似曲線が正規分布に類似していると見なすことができる範囲で設定される。例えば、閾値として１．５が設定される。例えば、図４に示す近似曲線は、正規分布に類似した曲線であるため、Ｘ^２ _ｒｅｄは１に近い値となる。一方、図６に示す近似曲線は、ピークＰが検出されているため、正規分布でのフィッティングはなされるものの、フィッティングの結果の近似曲線は、正規分布からは大きくずれている。従って、Ｘ^２ _ｒｅｄは１から大きく離れて閾値を超えるため、判定部２３は異常であると判定する。

判定部２３は、当該判定部２３によって異常が判定されなかった場合に劣化の判定を行う。判定部２３は、フィッティングの結果に係る正規分布の幅が予め定めた範囲から外れる場合には、劣化と判定する。また、判定部２３は、フィッティングの結果に係る正規分布の中心位置が予め定めた範囲から外れる場合には、劣化と判定する。

具体的には、判定部２３は、フィッティングの結果に係る正規分布の標準偏差である「σ」を正規分布の幅とする。フィッティングの結果に係る正規分布のピークＰの位置「μ」を正規分布の中心位置とする。そして、判定部２３は、エネルギー分解能（σ／μ）が予め定めた閾値以上となった場合に、劣化と判定する。閾値は特に限定されないが、例えば０．３に設定されてよい。劣化としては、光量の低下が挙げられる。このような光量の低下は、シンチレータ１３、光学グリース、光ファイバー１４、光ファイバコネクタ、光電子増倍管の光電面などの劣化に起因する。この場合は、検出器のエネルギー分解能が正常時よりも悪化するため、エネルギー分解能の判定を行うことで、劣化を好適に検知できる。例えば、図７に示す近似曲線は、図４の近似曲線から形状は変わってはいるものの、正規分布に類似した状態が維持された曲線であるため、判定部２３は異常とは判定しない。しかし、劣化に伴ってエネルギー分解能が正常な状態から変化しているため、判定部２３は、エネルギー分解能の変化に基づいて、劣化と判定する。

判定部２３は、エネルギー分解能を用いることで、正規分布の幅と正規分布の中心位置をまとめて一度に判定していた。これに変えて、判定部２３は、正規分布の幅、及び正規分布の中心位置に対して、個々の閾値を設定して判定を行ってもよい。

次に、図９を参照して、本実施形態に係る異常検知方法を含む、中性子線検出装置の処理内容について説明する。図９に示す処理は、制御部２０にて繰り返し実行される処理である。

まず、線量算出部２１は、検出信号の波高分布が中性子線ＮによるピークＰを検出する（ステップＳ１０）。このとき、線量算出部２１は、図４、図６及び図７のようにピークＰを有する波高分布については、ピークＰの位置を検出する。一方、線量算出部２１は、図５に示すようにピークＰを有さない波高分布については、ピークＰを検出できなかった旨の結果を取得する。

次に、判定部２３は、Ｓ１０においてピークＰが検出されたか否かを判定する（ステップＳ２０）。Ｓ２０において、ピークＰが検出されなかったと判定された場合、判定部２３は中性子線検出装置１００に異常があると判定する。この場合は、判定部２３は、表示部３１に警告を表示する（ステップＳ３０）。

一方、Ｓ２０においてピークＰが検出されたと判定された場合、線量算出部２１は、ピークＰ周辺における波高分布に対して、最小二乗法を用いて正規分布にフィッティングする（ステップＳ４０）。次に、判定部２３は、Ｓ４０でのフィッティングの結果を正規分布と対比し、正規分布と類似するか否かを判定する（ステップＳ５０）。判定部２３は、上述の式（２）で算出されるＸ^２ _ｒｅｄが閾値であるＸ^２ _{ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ}の範囲から外れる場合に、フィッティングの結果が正規分布に類似しないと判定する。Ｓ５０において、フィッティングの結果が正規分布と類似しないと判定された場合、判定部２３は中性子線検出装置１００に異常があると判定する。この場合は、判定部２３は、表示部３１に警告を表示する（ステップＳ３０）。

一方、Ｓ５０においてフィッティングの結果が正規分布と類似すると判定された場合、判定部２３は、中性子線検出装置１００に劣化があるか否かを判定する（ステップＳ６０）。Ｓ６０では、判定部２３は、エネルギー分解能（σ／μ）が予め定めた閾値以上となった場合に、劣化と判定する。Ｓ６０において劣化と判定された場合、判定部２３は表示部３１に警告を表示する（ステップＳ３０）。一方、Ｓ６０において劣化がないと判定された場合は、線量算出部２１は、フィッティングの結果によって得られた近似曲線を用いて判定閾値Ｑを設定する。そして、線量算出部２１は、判定閾値Ｑを用いて、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（ステップＳ７０）。以上により図９に示す処理が終了し、再びＳ１０から処理をスタートする。ただし、Ｓ３０の警告が行われた場合は、処理を中断してもよい。

次に、本実施形態に係る中性子線検出装置１００の作用・効果について説明する。

この中性子線検出装置１００では、線量算出部２１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Ｎに関する信号として弁別する。ここで、検出信号に基づいて形成される波高分布は、中性子線検出装置１００に異常が無い場合は、中性子線Ｎが徐々に増加し、ピークＰを形成して徐々に減少するような波形となる。すなわち、波高分布にピークが検出されない場合は、中性子線検出装置１００に異常があると判断できる。従って、判定部２３は、ピークＰが検出されない場合に異常と判定する。これにより、複数のモニタなどを用いることなく、容易に中性子線検出装置１００の異常を検知することができる。以上より、シンプルな構成で中性子線検出装置１００の異常を検知できる。

中性子線検出装置１００において、判定部２３は、ピークＰが検出された場合、ピークＰ周辺における波高分布に対するフィッティングの結果を正規分布と対比し、正規分布と類似しない場合には、異常と判定してよい。ここで、検出信号に基づいて形成される波高分布は、中性子線検出装置１００に異常が無い場合は、ピークＰ付近が正規分布に類似する。従って、判定部２３は、フィッティングの結果が正規分布に類似しない場合に異常と判定することで、容易に中性子線検出装置の異常を検知することができる。

中性子線検出装置１００において、中性子線検出装置１００の劣化を判定する判定部２３を更に備え、判定部２３は、判定部２３によって異常が判定されなかった場合に劣化の判定を行い、フィッティングの結果に係る正規分布の幅が予め定めた範囲から外れる場合には、劣化と判定してよい。中性子線検出装置１００が劣化した場合は、フィッティングの結果に係る正規分布の幅が変化する。従って、判定部２３が、フィッティングの結果に係る正規分布の幅が予め定めた範囲から外れる場合に劣化と判定することで、容易に中性子線検出装置１００の劣化を判定することができる。

中性子線検出装置１００において、中性子線検出装置１００の劣化を判定する判定部２３を更に備え、判定部２３は、判定部２３によって異常が判定されなかった場合に劣化の判定を行い、フィッティングの結果に係る正規分布の中心位置が予め定めた範囲から外れる場合には、劣化と判定してよい。中性子線検出装置１００が劣化した場合は、フィッティングの結果に係る正規分布の中心位置が変化する。従って、判定部２３が、フィッティングの結果に係る正規分布の中心位置が予め定めた範囲から外れる場合に劣化と判定することで、容易に中性子線検出装置１００の劣化を判定することができる。

中性子線検出装置１００の異常検知方法は、放射線が入射すると光を発生させるシンチレータ１３と、シンチレータ１３で発生した光を伝送する光ファイバー１４と、光ファイバー１４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して弁別する弁別部と、を備える中性子線検出装置１００の異常検知方法であって、波高分布における中性子線ＮによるピークＰを検出する工程と、中性子線検出装置１００の異常を検出する工程と、を備え、異常を検出する工程では、ピークＰが検出されない場合に異常と判定する。

この中性子線検出装置１００の異常検知方法では、上述の中性子線検出装置１００と同様の作用・効果を得ることができる。

本発明は、前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、下記のような種々の変形が可能である。

例えば、実施形態に係る中性子線検出装置は、フィッティングの結果が正規分布と類似しない場合に、異常を判定していた。これに代えて、中性子線検出装置１００において、判定部２３は、ピークＰが検出された場合、ピークＰ周辺における波高分布に対するフィッティングの結果が、正規分布とならない場合に異常と判定してよい。ここで、検出信号に基づいて形成される波高分布は、中性子線検出装置１００に異常が無い場合は、ピークＰ付近が正規分布となる。従って、判定部２３は、フィッティングの結果が正規分布とならない場合に異常と判定することで、容易に中性子線検出装置の異常を検知することができる。なお、フィッティングの結果が正規分布となる場合とは、フィッティングの結果に係る近似曲線が、誤差の範囲内で正規分布となっている状態である。具体的には、閾値であるＸ^２ _{ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ}を狭い範囲に設定すればよい。例えば、Ｘ^２ _{ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ}として１〜１．０１を設定してよい。ただし、波高分布は正規分布となる場合であっても、図８に示すように揺らぎが大きい場合がある。このように、揺らぎの関係で一時的に閾値の範囲から外れしまうような場合、判定部２３は異常と判定しなくてもよい。

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。

また、上記の実施形態では、σに対する係数ａを１．５とし、中性子線Ｎによるピークの波高μから１．５σ低い値を判定閾値Ｑ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Ｑを変更してもよい。例えば、中性子線Ｎによるピークの波高μからσ低い値を判定閾値Ｑ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によるピークの波高μから１．５σ低い値を判定閾値Ｑ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によるピークの波高μから２σ低い値を判定閾値Ｑ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によるピークの波高μからσ低い値を判定閾値Ｑとしてもよく、中性子線Ｎによるピークの波高μから２σ低い値を判定閾値Ｑとしてもよく、その他の値だけ低い判定閾値Ｑでもよい。

また、上記実施形態では、中性子線検出装置を中性子捕捉療法装置１に適用しているが、中性子線検出装置の用途は限定されない。例えば、原子炉の運転状態を監視するモニタとして、本発明の中性子線検出装置を適用してもよい。また、物理実験で使用される加速中性子を測定する際に本発明の中性子線検出装置を使用してもよい。また、非破壊検査用の中性子照射装置において、本発明の中性子線検出装置を使用してもよい。

１…中性子捕捉療法装置、１２…中性子線検出器、１３…シンチレータ、１４…光ファイバー、１５…光検出器（弁別部）、２０…制御部、２１…線量算出部（弁別部）、２３…判定部、１００…中性子線検出装置、１５０…中性子捕捉療法システム、Ｎ…中性子線。

Claims (6)

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ーと、
   前記光ファイバー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して弁別する弁別部と、
   前記中性子線検出装置の異常を判定する異常判定部と、を備え、
   前記弁別部は、波高分布における前記中性子線によるピークを検出し、
   前記異常判定部は、前記ピークが検出されない場合に異常と判定する、中性子線検出装置。
2. 前記異常判定部は、前記ピークが検出された場合、前記ピーク周辺における前記波高分布に対するフィッティングの結果が、正規分布とならない場合に異常と判定する、請求項１に記載の中性子線検出装置。
3. 前記異常判定部は、前記ピークが検出された場合、前記ピーク周辺における前記波高分布に対するフィッティングの結果を正規分布と対比し、正規分布と類似しない場合には、異常と判定する、請求項１に記載の中性子線検出装置。
4. 前記中性子線検出装置の劣化を判定する劣化判定部を更に備え、
   前記劣化判定部は、
   前記異常判定部によって異常が判定されなかった場合に劣化の判定を行い、
   フィッティングの結果に係る正規分布の幅が予め定めた範囲から外れる場合には、劣化と判定する、請求項２又は３に記載の中性子線検出装置。
5. 前記中性子線検出装置の劣化を判定する劣化判定部を更に備え、
   前記劣化判定部は、
   前記異常判定部によって異常が判定されなかった場合に劣化の判定を行い、
   フィッティングの結果に係る正規分布の中心位置が予め定めた範囲から外れる場合には、劣化と判定する、請求項２又は３に記載の中性子線検出装置。
6. 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ーと、
   前記光ファイバー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、前記検出信号を中性子線に関する信号として弁別する弁別部と、を備える中性子線検出装置の異常検知方法であって、
   波高分布における前記中性子線によるピークを検出する工程と、
   前記中性子線検出装置の異常を検出する工程と、を備え、
   前記異常を検出する工程では、前記ピークが検出されない場合に異常と判定する、中性子線検出装置の異常検知方法。

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