JP6742259B2 - 中性子線検出システム、及び中性子線検出システムの設定方法 - Google Patents

Description

本発明は、中性子線検出システム、及び中性子線検出システムの設定方法に関する。

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、検出した信号の波形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。また、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いる。

国際公開第２０１４／１９２３２１号

しかしながら、判定閾値の設定次第では、波高が判定閾値を超える信号の中には、ガンマ線の信号が含まれる場合もある。すなわち、判定閾値の設定次第では、ガンマ線がノイズとして検出されることで十分な検出精度が得られない場合がある。一方、検出精度を高めすぎると、中性子線の検出効率が低下する場合がある。

従って、本発明は、判定閾値を適切な値に設定することができる中性子線検出システム、及び中性子線検出システムの設定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システムは、中性子線を検出する中性子線検出システムであって、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弁別する弁別部と、判定閾値を設定する判定閾値設定部と、を備え、判定閾値設定部は、中性子線をカットするフィルタを介してシンチレータに入射した放射線の検出信号である第１の検出信号、及びフィルタを介さずシンチレータに入射した放射線の検出信号である第２の検出信号を取得する検出信号取得部と、第１の検出信号に基づく波高分布と第２の検出信号に基づく波高分布との差分に基づいて、中性子線のみの中性子線波高分布、及び放射線に含まれるガンマ線のみのガンマ線波高分布を取得する波高分布取得部と、中性子線波高分布、及びガンマ線波高分布に基づき、判定閾値を調整する判定閾値調整部と、を備える。

この中性子線検出システムでは、弁別部が、受光したシンチレータからの光に関する検出信号の波高が判定閾値を超えた場合に、検出信号を中性子線に関する信号と弁別する。このような判定閾値を設定する判定閾値設定部は、中性子線をカットするフィルタを介してシンチレータに入射した放射線の検出信号である第１の検出信号、及びフィルタを介さずシンチレータに入射した放射線の検出信号である第２の検出信号を取得する検出信号取得部を備える。また、判定閾値設定部は、第１の検出信号に基づく波高分布と第２の検出信号に基づく波高分布との差分に基づいて、中性子線のみの中性子線波高分布、及び放射線に含まれるガンマ線のみのガンマ線波高分布を取得する波高分布取得部を備えている。このように、中性子線のみの中性子線波高分布、及び放射線に含まれるガンマ線のみのガンマ線波高分布を取得することで、どのような判定閾値を設定した場合に、どの程度の量のガンマ線がノイズとして検出されるかを把握することができる。すなわち、判定閾値と検出精度の関係を把握することができる。また、中性子線波高分布及びガンマ線波高分布は、中性子線をカットするフィルタを用いる場合と用いない場合の二回の測定に基づいて取得されたものであるため、判定閾値と検出精度の関係を正確に把握することができる。従って、判定閾値調整部は、中性子線波高分布、及びガンマ線波高分布に基づき、要求されている検出精度に合わせて適切な判定閾値を調整することができる。以上により、判定閾値を適切な値に設定することができる。

中性子線検出システムにおいて、判定閾値設定部は、要求されている検出精度を取得する要求検出精度取得部を更に備え、判定閾値調整部は、波高が判定閾値を超えるガンマ線の量と、要求検出精度取得部で取得された検出精度と、を比較することで、判定閾値を調整してよい。これにより、判定閾値調整部は、使用者から要求されている検出精度に適合するような判定閾値を調整することができる。

中性子線検出システムにおいて、波高分布取得部は、第１の検出信号を取得する時の放射線の照射量と、第２の検出信号を取得する時の放射線の照射量との差を考慮して、中性子線波高分布及びガンマ線波高分布を取得してよい。このように、中性子線をカットするフィルタを用いる場合と用いない場合の二回の測定の間の放射線の照射量の違いを考慮することで、より正確に中性子線波高分布及びガンマ線波高分布を取得することができる。

中性子線検出システムにおいて、放射線の照射量を制御する照射制御部を更に備え、照射制御部は、第１の検出信号を取得する時の放射線の照射量と、第２の検出信号を取得する時の放射線の照射量とを等しくしてよい。このように、中性子線をカットするフィルタを用いる場合と用いない場合の二回の測定の間の放射線の照射量を等しくすることで、より正確に中性子線波高分布及びガンマ線波高分布を取得することができる。

本発明に係る中性子線検出システムの設定方法は、中性子線を検出する中性子線検出システムの設定方法であって、中性子線検出システムは、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弁別する弁別部と、を備え、設定方法は、中性子線をカットするフィルタを介してシンチレータに入射した放射線の検出信号である第１の検出信号、及びフィルタを介さずシンチレータに入射した放射線の検出信号である第２の検出信号を取得する検出信号取得工程と、第１の検出信号と第２の検出信号との差分に基づいて、中性子線のみの中性子線波高分布、及び放射線に含まれるガンマ線のみのガンマ線波高分布を取得する波高分布取得工程と、中性子線波高分布、及びガンマ線波高分布に基づき、判定閾値を調整する判定閾値調整工程と、を備える。

この中性子線検出システムの設定方法によれば、上述の中性子線検出システムと同様の作用・効果を得ることができる。

本発明に係る中性子線検出システムは、中性子線を検出する中性子線検出システムであって、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弁別する弁別部と、情報を表示する表示部と、判定閾値を設定する判定閾値設定部と、を備え、表示部は、検出精度の入力を案内する通知を表示し、入力された検出精度に基づいて判定閾値設定部が判定閾値を設定した後、設定された判定閾値を表示する。

この中性子線検出システムによれば、使用者は、表示部の表示に従って検出精度を入力すれば、当該検出精度に基づいて判定閾値設定部によって設定された判定閾値を、表示部の表示を介して知ることができる。これにより、使用者は、必要な検出精度に従った適切な判定閾値にて中性子線の検出を行うことができる。

本発明によれば、判定閾値を適切な値に設定することができる中性子線検出システム、及び中性子線検出システムの設定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システムを備えた中性子捕捉療法装置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。 中性子捕捉療法装置の制御部を示すブロック図である。 判定閾値の設定方法の処理内容を示すフローチャートである。 判定閾値の調整に用いられる波高分布とカウントするとの関係を示すグラフである。 判定閾値の調整に用いられる波高分布とカウントするとの関係を示すグラフである。 判定閾値と検出精度の関係の一例を示す表である。

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（図２及び図３参照）。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システム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、中性子線検出システム１００は、中性子線検出器１２と、制御部２０と、表示部３１と、入力部３２と、を備えている。

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。例えば、表示部３１は、使用者に要求される中性子線の検出精度の入力を案内する通知を表示する。また、表示部３１は、当該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。例えば、入力された検出精度に基づいて制御部２０が判定閾値を設定した後、表示部３１は当該判定閾値を表示する。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、照射制御部２２と、判定閾値設定部４０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）。線量算出部２１は、光検出器１５と合せて、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。

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。

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_ｔｈ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。

判定閾値設定部４０は、上述の判定閾値Ｑ_ｔｈを設定する。ここで、判定閾値Ｑ_ｔｈを求めるための判定閾値計算式は、「Ｑ_ｔｈ＝Ｐ_Ｎ−ａσ」と表される。「Ｐ_Ｎ」は中性子線Ｎによるピークを示している。「σ」は、中性子が作る分布の標準偏差を示す。「ａ」は、σに対する係数を示す。すなわち、判定閾値Ｑ_ｔｈは、中性子線ＮによるピークＰ_Ｎからａσだけ低い値に設定される。ここで、ピークＰ_Ｎ付近であって波高が高い領域には中性子線Ｎが多く含まれ、波高が低い領域に行くに従って、ガンマ線が増えてゆく。従って、係数ａを大きく設定すると、判定閾値Ｑ_ｔｈが低くなるため、当該判定閾値Ｑ_ｔｈより波高が高くなるガンマ線が増える。これにより、ガンマ線が誤って中性子線Ｎであると弁別され易くなるので、検出精度が低下する。しかし、検出精度は低下するが、検出される中性子線Ｎのイベント数自体も増えるので、検出効率は向上する。一方、係数ａを小さく設定すると、判定閾値Ｑ_ｔｈが高くなるため、当該判定閾値Ｑ_ｔｈより波高が高くなるガンマ線が減少する。これにより、誤って中性子線Ｎであると弁別されるガンマ線が減少するので、検出精度が向上する。しかし、検出精度は向上するが、検出される中性子線Ｎのイベント数自体も減るので、検出効率は低下する。以上より、判定閾値設定部４０は、使用者から要求されている検出精度に基づいて、係数ａを調整することによって、最適な判定閾値Ｑ_ｔｈを設定する。

具体的に、判定閾値設定部４０は、検出信号取得部４１と、波高分布取得部４２と、判定閾値調整部４３と、要求検出精度取得部４４と、を備える。

検出信号取得部４１は、光検出器１５からの検出信号を取得する。ここで、本実施形態では、判定閾値Ｑ_ｔｈを設定するときには、中性子線の照射が二回行われることにより、検出信号取得部４１は、第１の検出信号及び第２の検出信号の二種類の検出信号を取得する。一回目の照射では、中性子線Ｎをカットするフィルタ５１がシンチレータ１３を覆うように設けられた状態で中性子線Ｎの照射が行われる（図２（ｂ）参照）。これにより、検出信号取得部４１は、フィルタ５１を介してシンチレータ１３に入射した放射線の検出信号である第１の検出信号を取得する。二回目の照射では、フィルタ５１が除去された状態で中性子線Ｎの照射が行われる（図２（ａ）参照）。これにより、検出信号取得部４１は、フィルタ５１を介さずシンチレータ１３に入射した放射線の検出信号である第２の検出信号を取得する。

フィルタ５１の材料は、６フッ化リチウム、フッ化リチウムのような中性子線を吸収する際に、ガンマ線を放出しないものが好ましい。または、フィルタ５１の材料は、カドミウムのように放出ガンマ線のエネルギーが低いものでもよい。フィルタ５１の厚みは、ガンマ線を強く吸収しない程度に薄く設定されることが好ましい。

波高分布取得部４２は、第１の検出信号に基づく波高分布と第２の検出信号に基づく波高分布との差分に基づいて、中性子線Ｎのみの中性子線波高分布、及び放射線に含まれるガンマ線のみのガンマ線波高分布を取得する。波高分布取得部４２は、第１の検出信号を取得する時の放射線の照射量と、第２の検出信号を取得する時の放射線の照射量との差を考慮して、中性子線波高分布及びガンマ線波高分布を取得する。中性子線波高分布及びガンマ線波高分布の取得方法の詳細については後述する。

判定閾値調整部４３は、中性子線波高分布、及びガンマ線波高分布に基づき、判定閾値Ｑ_ｔｈを調整する。判定閾値調整部４３は、波高が判定閾値Ｑ_ｔｈを超えるガンマ線の量と、要求検出精度取得部４４で取得された検出精度と、を比較することで、判定閾値Ｑ_ｔｈを調整する。判定閾値Ｑ_ｔｈの調整方法の詳細については後述する。

要求検出精度取得部４４は、要求されている中性子線の検出における検出精度を取得する。要求検出精度取得部４４は、入力部３２で使用者によって入力された要求検出精度を取得する。

次に、図４〜図７を参照して、判定閾値設定部４０の判定閾値Ｑ_ｔｈの設定方法について説明する。ただし、判定閾値Ｑ_ｔｈの設定方法は以下のものに限定されず、趣旨を変更しない範囲で適宜変更してもよい。

図４に示すように、要求検出精度取得部４４は、要求検出精度の入力案内を行うと共に、入力された検出精度を取得する（ステップＳ１０）。Ｓ１０では、要求検出精度取得部４４は、表示部３１へ信号を出力し、当該表示部３１に要求される検出精度の入力を案内する通知を表示する。また、使用者によって要求検出精度が入力部３２を介して入力された場合、要求検出精度取得部４４は、要求検出精度を取得する。

次に、検出信号取得部４１は、第１の検出信号を取得するために、使用者に対して一回目の測定を行うように案内する（ステップＳ２０）。Ｓ２０では、表示部３１は、一回目の測定を行う案内を表示する。これにより、使用者は、図２（ｂ）に示すように、中性子線Ｎをカットするフィルタ５１でシンチレータ１３を覆った状態で、中性子線Ｎの照射を行う。所定時間経過後、検出信号取得部４１は、一回目の測定が終了したか否かを問い合わせる（ステップＳ３０）。Ｓ３０では、表示部３１は、一回目の測定が終了したか否かを問い合わせる旨の表示をする。一回目の測定が終了した場合、使用者は入力部３２に測定が終了した旨の入力を行う。

次に、検出信号取得部４１は、第２の検出信号を取得するために、使用者に対して二回目の測定を行うように案内する（ステップＳ４０）。Ｓ４０では、表示部３１は、一回目の測定を行う案内を表示する。これにより、使用者は、図２（ａ）に示すように、フィルタ５１をシンチレータ１３から取り外した状態で、中性子線Ｎの照射を行う。所定時間経過後、検出信号取得部４１は、二回目の測定が終了したか否かを問い合わせる（ステップＳ５０）。Ｓ５０では、表示部３１は、二回目の測定が終了したか否かを問い合わせる旨の表示をする。二回目の測定が終了した場合、使用者は入力部３２に測定が終了した旨の入力を行う。なお、第１の検出信号を取得するための測定と、第２の検出信号を取得するための測定は、どちらが先になされてもよい。

次に、検出信号取得部４１は、Ｓ２０，３０の間に行われた一回目の測定による第１の検出信号を検出し、Ｓ４０，５０の間に行われた二回目の測定による第２の検出信号を取得する（ステップＳ６０：検出信号取得工程）。これにより、検出信号取得部４１は、フィルタ５１で中性子線Ｎがカットされた第１の検出信号の波高を計算することで、例えば図５の「ｆ_ＬｉＦ」で示す波高分布の曲線を取得する。検出信号取得部４１は、フィルタ５１で中性子線Ｎがカットされていない第２の検出信号の波高を計算することで、例えば図５の「ｆ_{ｎｏｒｍａｌ}」で示す波高分布の曲線を取得する。

次に、波高分布取得部４２は、中性子線波高分布、及びガンマ線波高分布を取得する（ステップＳ７０：波高分布取得工程）。Ｓ７０では、波高分布取得部４２は、Ｓ６０で取得された第１の検出信号に基づく波高分布ｆ_ＬｉＦと第２の検出信号に基づく波高分布ｆ_{ｎｏｒｍａｌ}との差分に基づいて、中性子線波高分布、及びガンマ線波高分布を取得する。また、Ｓ７０では、波高分布取得部４２は、第１の検出信号を取得する時の放射線の照射量と、第２の検出信号を取得する時の放射線の照射量との差を考慮して、中性子線波高分布及びガンマ線波高分布を取得する。

具体的には、波高分布取得部４２は、波高分布ｆ_{ｎｏｒｍａｌ}のうち、ガンマ線のみが含まれる領域を抽出し、当該領域の波高の範囲として「ｘ_{γ_ｍｉｎ}〜ｘ_{γ_ｍａｘ}」を設定する（図５参照）。次に、波高分布取得部４２は、以下の式（１）に示す式を定義し、イタレーションによりｄγを最小にするようなα（＝α_ｏｐｔ）を求める。ここで、「ｆ_{ＬｉＦ_ｓｃａｌｅｄ}＝α_ｏｐｔ・ｆ_ＬｉＦ」と定義する。このような波高分布ｆ_{ＬｉＦ_ｓｃａｌｅｄ}は、第１の検出信号を取得した時の放射線の照射量が第２の検出信号を取得した時の放射線の照射量に合うように、波高分布ｆ_ＬｉＦを処理したものである。従って、波高分布取得部４２は、波高分布ｆ_{ｎｏｒｍａｌ}と波高分布ｆ_{ＬｉＦ_ｓｃａｌｅｄ}の差分を求めることで、中性子線のみの波高分布である中性子線波高分布ｆ_ｎを取得する（図５参照）。

次に、波高分布取得部４２は、波高分布ｆ_{ｎｏｒｍａｌ}のうち、中性子線Ｎのみが含まれる領域を抽出し、当該領域の波高の範囲として「ｘ_{ｎ_ｍｉｎ}〜ｘ_{ｎ_ｍａｘ}」を設定する（図６参照）。次に、波高分布取得部４２は、以下の式（２）に示す式を定義し、イタレーションによりｄｎを最小にするようなβ（＝β_ｏｐｔ）を求める。ここで、「ｆ_{ｎ_ｓｃａｌｅｄ}＝β_ｏｐｔ・ｆ_ｎ」と定義する。このような波高分布ｆ_{ｎ_ｓｃａｌｅｄ}は、第１の検出信号を取得した時の放射線の照射量が第２の検出信号を取得した時の放射線の照射量に合うように、波高分布ｆ_ｎを処理したものである。従って、波高分布取得部４２は、波高分布ｆ_{ｎｏｒｍａｌ}と波高分布ｆ_{ｎ_ｓｃａｌｅｄ}の差分を求めることで、ガンマ線のみの波高分布であるガンマ線波高分布ｆ_γを取得する（図６参照）。

次に、判定閾値調整部４３は、判定閾値Ｑ_ｔｈが要求検出精度に対応するものとなるように、判定閾値Ｑ_ｔｈの調整を行う（ステップＳ８０：判定閾値調整工程）。まず、判定閾値調整部４３は、暫定的に係数ａを任意の値にしたうえで、「Ｑ_ｔｈ＝Ｐ_Ｎ−ａσ」という式を用いて判定閾値Ｑ_ｔｈを暫定的に計算する。次に、判定閾値調整部４３は、暫定的な判定閾値Ｑ_ｔｈ以上の波高を有するイベントの総数を式（３）を用いてガンマ線波高分布ｆ_γから計算する。これにより、判定閾値Ｑ_ｔｈ以上の波高となるガンマ線のイベント数が算出される（第１の値と称する）。判定閾値調整部４３は、暫定的な判定閾値Ｑ_ｔｈ以上の波高を有するイベントの総数を式（４）を用いて波高分布ｆ_{ｎｏｒｍａｌ}から計算する（第２の値と称する）。そして、判定閾値調整部４３は、第１の値を第２の値で割った値を検出精度Ｐとする。次に、判定閾値調整部４３は、要求検出精度と算出した検出精度Ｐを比較することで、判定閾値Ｑ_ｔｈが使用者の要求検出精度を満たしているか否かを確認する。要求検出精度を満たしていない場合は、係数ａの値を別の値に設定し、再度上述の式（３）及び式（４）を用いた検出精度Ｐを算出する。判定閾値調整部４３は、このような処理を、検出精度Ｐが使用者が要求する要求検出精度に一致するまで続ける。例えば、図７に示すように、係数ａの値を減少させるに伴って検出精度Ｐが向上（％が減る）ので、判定閾値調整部４３は、要求検出精度に合うような係数ａを選択する。

次に、判定閾値調整部４３は、最適化された判定閾値Ｑ_ｔｈを表示部３１にて表示する（ステップＳ９０）。また、制御部２０は、最適化された判定閾値Ｑ_ｔｈを線量算出部２１へ出力する（ステップＳ１００）。以上によって図４に示す処理が終了する。

次に、本実施形態に係る中性子線検出システム１００、及び中性子線検出システム１００の設定方法の作用・効果について説明する。

本実施形態に係る中性子線検出システム１００では、弁別部である線量算出部２１が、受光したシンチレータ１３からの光に関する検出信号の波高が判定閾値Ｑ_ｔｈを超えた場合に、検出信号を中性子線Ｎに関する信号と弁別する。このような判定閾値Ｑ_ｔｈを設定する判定閾値設定部４０は、中性子線Ｎをカットするフィルタ５１を介してシンチレータ１３に入射した放射線の検出信号である第１の検出信号、及びフィルタ５１を介さずシンチレータ１３に入射した放射線の検出信号である第２の検出信号を取得する検出信号取得部４１を備える。また、判定閾値設定部４０は、第１の検出信号に基づく波高分布と第２の検出信号に基づく波高分布との差分に基づいて、中性子線Ｎのみの中性子線波高分布、及び放射線に含まれるガンマ線のみのガンマ線波高分布を取得する波高分布取得部４２を備えている。このように、中性子線Ｎのみの中性子線波高分布、及び放射線に含まれるガンマ線のみのガンマ線波高分布を取得することで、どのような判定閾値Ｑ_ｔｈを設定した場合に、どの程度の量のガンマ線がノイズとして検出されるかを把握することができる。すなわち、判定閾値Ｑ_ｔｈと検出精度の関係を把握することができる。また、中性子線波高分布及びガンマ線波高分布は、中性子線Ｎをカットするフィルタ５１を用いる場合と用いない場合の二回の測定に基づいて取得されたものであるため、判定閾値Ｑ_ｔｈと検出精度の関係を正確に把握することができる。従って、判定閾値調整部４３は、中性子線波高分布、及びガンマ線波高分布に基づき、要求されている検出精度に合わせて適切な判定閾値Ｑ_ｔｈを調整することができる。以上により、判定閾値Ｑ_ｔｈを適切な値に設定することができる。

中性子線検出システム１００において、判定閾値設定部４０は、要求されている検出精度を取得する要求検出精度取得部４４を更に備え、判定閾値調整部４３は、波高が判定閾値を超えるガンマ線の量と、要求検出精度取得部４４で取得された検出精度と、を比較することで、判定閾値を調整してよい。これにより、判定閾値調整部４３は、使用者から要求されている検出精度に適合するような判定閾値Ｑ_ｔｈを調整することができる。

中性子線検出システム１００において、波高分布取得部４２は、第１の検出信号を取得する時の放射線の照射量と、第２の検出信号を取得する時の放射線の照射量との差を考慮して、中性子線波高分布及びガンマ線波高分布を取得してよい。このように、中性子線Ｎをカットするフィルタ５１を用いる場合と用いない場合の二回の測定の間の放射線の照射量の違いを考慮することで、より正確に中性子線波高分布及びガンマ線波高分布を取得することができる。

また、中性子線検出システムの設定方法は、中性子線Ｎを検出する中性子線検出システム１００の設定方法であって、中性子線検出システム１００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Ｑ_ｔｈを超えた場合に、検出信号を中性子線Ｎに関する信号と弁別する弁別部と、を備える。設定方法は、中性子線をカットするフィルタ５１を介してシンチレータ１３に入射した放射線の検出信号である第１の検出信号、及びフィルタ５１を介さずシンチレータ１３に入射した放射線の検出信号である第２の検出信号を取得する検出信号取得工程と、第１の検出信号と第２の検出信号との差分に基づいて、中性子線のみの中性子線波高分布、及び放射線に含まれるガンマ線のみのガンマ線波高分布を取得する波高分布取得工程と、中性子線波高分布、及びガンマ線波高分布に基づき、判定閾値を調整する判定閾値調整工程と、を備える。

この中性子線検出システム１００の設定方法によれば、上述の中性子線検出システム１００と同様の作用・効果を得ることができる。

また、中性子線検出システム１００は、中性子線を検出する中性子線検出システムであって、放射線が入射すると光を発生させるシンチレータ１３と、シンチレータ１３で発生した光を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Ｑ_ｔｈを超えた場合に、検出信号を中性子線に関する信号と弁別する弁別部と、情報を表示する表示部３１と、判定閾値Ｑ_ｔｈを設定する判定閾値設定部４０と、を備える。表示部３１は、要求される検出精度の入力を案内する通知を表示し、入力された検出精度に基づいて判定閾値設定部４０によって設定された判定閾値を表示する。

この中性子線検出システム１００によれば、使用者は、表示部３１の表示に従って検出精度を入力すれば、当該検出精度に基づいて判定閾値設定部４０によって設定された判定閾値Ｑ_ｔｈを、表示部３１の表示を介して知ることができる。これにより、使用者は、必要な検出精度に従った適切な判定閾値にて中性子線の検出を行うことができる。

本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。

例えば、上述の実施形態では、第１の検出信号及び第２の検出信号を取得するための測定を使用者が行っていた。これに代えて、各測定を全て自動化してよい。すなわち、制御部２０が測定準備が整い次第、放射線の照射を自動的に行ってよい。このとき、フィルタ５１の付け替えは使用者がおこなってよい。あるいは、フィルタ５１に駆動部を設けて、フィルタ５１の付け替えも自動でおこなってよい。

また、上述の実施形態では、第１の検出信号及び第２の検出信号を取得するための測定を使用者が行っていた。すなわち、各測定における照射量に差があった。従って、検出信号に基づいて得られた波高分布に対して、照射量を合わせる処理を行っていた。これに代えて、中性子線検出システム１００において、放射線の照射量を制御する照射制御部２２を更に備え、照射制御部２２は、第１の検出信号を取得する時の放射線の照射量と、第２の検出信号を取得する時の放射線の照射量とを等しくしてよい。このように、中性子線をカットするフィルタ５１を用いる場合と用いない場合の二回の測定の間の放射線の照射量を等しくすることで、より正確に中性子線波高分布及びガンマ線波高分布を取得することができる。

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、１３…シンチレータ、１４…光ファイバ、１５…光検出器、２０…制御部、２１…線量算出部、２２…照射制御部、４０…判定閾値設定部、４１…検出信号取得部、４２…波高分布取得部、４３…判定閾値調整部、４４…要求検出精度取得部、１００…中性子線検出システム、Ｎ…中性子線、Ｍ…中性子線生成部。

Claims (6)

1. 中性子線を検出する中性子線検出システムであって、
   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弁別する弁別部と、
   前記判定閾値を設定する判定閾値設定部と、を備え、
   前記判定閾値設定部は、
   前記中性子線をカットするフィルタを介して前記シンチレータに入射した放射線の前記検出信号である第１の検出信号、及び前記フィルタを介さず前記シンチレータに入射した放射線の前記検出信号である第２の検出信号を取得する検出信号取得部と、
   前記第１の検出信号に基づく波高分布と前記第２の検出信号に基づく波高分布との差分に基づいて、前記中性子線のみの中性子線波高分布、及び前記放射線に含まれるガンマ線のみのガンマ線波高分布を取得する波高分布取得部と、
   前記中性子線波高分布、及び前記ガンマ線波高分布に基づき、前記判定閾値を調整する判定閾値調整部と、を備える、中性子線検出システム。
2. 前記判定閾値設定部は、要求されている検出精度を取得する要求検出精度取得部を更に備え、
   前記判定閾値調整部は、波高が前記判定閾値を超える前記ガンマ線の量と、前記要求検出精度取得部で取得された前記検出精度と、を比較することで、前記判定閾値を調整する、請求項１に記載の中性子線検出システム。
3. 前記波高分布取得部は、前記第１の検出信号を取得する時の前記放射線の照射量と、前記第２の検出信号を取得する時の前記放射線の照射量との差を考慮して、前記中性子線波高分布及び前記ガンマ線波高分布を取得する、請求項１又は２に記載の中性子線検出システム。
4. 前記放射線の照射量を制御する照射制御部を更に備え、
   前記照射制御部は、前記第１の検出信号を取得する時の前記放射線の照射量と、前記第２の検出信号を取得する時の前記放射線の照射量とを等しくする、請求項１又は２に記載の中性子線検出システム。
5. 中性子線を検出する中性子線検出システムの設定方法であって、
   前記中性子線検出システムは、
   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弁別する弁別部と、を備え、
   前記設定方法は、
   前記中性子線をカットするフィルタを介して前記シンチレータに入射した放射線の前記検出信号である第１の検出信号、及び前記フィルタを介さず前記シンチレータに入射した放射線の前記検出信号である第２の検出信号を取得する検出信号取得工程と、
   前記第１の検出信号と前記第２の検出信号との差分に基づいて、前記中性子線のみの中性子線波高分布、及び前記放射線に含まれるガンマ線のみのガンマ線波高分布を取得する波高分布取得工程と、
   前記中性子線波高分布、及び前記ガンマ線波高分布に基づき、前記判定閾値を調整する判定閾値調整工程と、を備える、中性子線検出システムの設定方法。
6. 中性子線を検出する中性子線検出システムであって、
   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弁別する弁別部と、
   情報を表示する表示部と、
   前記判定閾値を設定する判定閾値設定部と、を備え、
   前記表示部は、
   検出精度の入力を案内する通知を表示し、
   入力された前記検出精度に基づいて前記判定閾値設定部が前記判定閾値を設定した後、設定された前記判定閾値を表示する、中性子線検出システム。