JP7084758B2 - Neutron beam detector and anomaly detection method for neutron beam detector - Google Patents

Neutron beam detector and anomaly detection method for neutron beam detector Download PDF

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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。 The present invention relates to a neutron beam detection device and an abnormality detection method for the neutron beam detection device.

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。 There is a technique described in Patent Document 1 as a technique for discriminating between neutron rays and gamma rays. In the system according to Patent Document 1, the signal due to neutron rays and the signal due to gamma rays are discriminated from the peak height distribution of the detected signal. This system sets a predetermined determination threshold value and discriminates the detected signal whose wave height exceeds the determination threshold value as a signal related to a neutron beam. Further, in this system, even if the wave height distribution moves to the low energy side due to the deterioration of the detector, the discrimination is preferably performed by resetting the determination threshold value.

国際公開第２０１４／１９２３２１号International Publication No. 2014/192321

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。 According to the above-mentioned system, although it is possible to deal with the case where the detector deteriorates, it is not possible to detect the occurrence of an abnormality. Here, in order to detect an abnormality, it is conceivable to use a plurality of monitors together to monitor the difference in the detection results. However, such a method requires a plurality of monitors, and it is not possible to grasp which monitor the abnormality is occurring in. Therefore, it has been required to detect an abnormality in the neutron beam detection device with a simple configuration.

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。 Therefore, an object of the present invention is to provide a neutron beam detection device capable of detecting an abnormality in a neutron beam detection device with a simple configuration, and a method for detecting an abnormality in the neutron beam detection device.

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。 The neutron beam detection device according to the present invention is a neutron beam detection device that detects neutron rays, and is transmitted by a scintillator that generates light when radiation is incident, an optical fiber that transmits light generated by the scintillator, and an optical fiber. A discrimination unit that receives light and discriminates the detection signal as a signal related to neutron rays when the wave height of the detection signal related to the received light exceeds the determination threshold, and an abnormality determination unit that determines an abnormality in the neutron beam detection device. The discrimination unit detects a peak due to a neutron beam in the wave height distribution, and the abnormality determination unit determines that the peak is abnormal when the peak is not detected.

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。 In this neutron beam detection device, the discrimination unit discriminates the detection signal as a signal related to the neutron beam when the wave height of the detection signal relating to the received light exceeds the determination threshold value. Here, the wave height distribution formed based on the detection signal has a waveform in which the neutron beam gradually increases, forms a peak, and gradually decreases when there is no abnormality in the neutron beam detection device. That is, if no peak is detected in the wave height distribution, it can be determined that there is an abnormality in the neutron beam detection device. Therefore, the abnormality determination unit determines that the abnormality is abnormal when the peak is not detected. This makes it possible to easily detect an abnormality in the neutron beam detection device without using a plurality of monitors or the like. From the above, it is possible to detect an abnormality in the neutron beam detection device with a simple configuration.

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。 In the neutron beam detection device, the abnormality determination unit may determine that the peak is detected and that the fitting result for the wave height distribution around the peak does not have a normal distribution. Here, the wave height distribution formed based on the detection signal has a normal distribution near the peak when there is no abnormality in the neutron beam detection device. Therefore, the abnormality determination unit can easily detect the abnormality of the neutron beam detection device by determining the abnormality when the fitting result does not have a normal distribution.

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。 In the neutron beam detection device, when a peak is detected, the anomaly determination unit may compare the fitting result for the wave height distribution around the peak with the normal distribution, and if it is not similar to the normal distribution, it may determine that it is anomalous. Here, the wave height distribution formed based on the detection signal resembles a normal distribution near the peak when there is no abnormality in the neutron beam detection device. Therefore, the abnormality determination unit can easily detect the abnormality of the neutron beam detection device by determining that the fitting result is abnormal when the fitting result does not resemble the normal distribution.

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。 The neutron beam detection device is further provided with a deterioration determination unit for determining deterioration of the neutron beam detection device, and the deterioration determination unit determines deterioration when an abnormality is not determined by the abnormality determination unit, and is related to the fitting result. If the width of the normal distribution deviates from a predetermined range, it may be determined to be deteriorated. When the neutron detector deteriorates, the width of the normal distribution related to the fitting result changes. Therefore, the deterioration determination unit can easily determine the deterioration of the neutron beam detection device by determining the deterioration when the width of the normal distribution related to the fitting result deviates from the predetermined range.

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。 The neutron beam detection device is further provided with a deterioration determination unit for determining deterioration of the neutron beam detection device, and the deterioration determination unit determines deterioration when an abnormality is not determined by the abnormality determination unit, and is related to the fitting result. If the center position of the normal distribution deviates from a predetermined range, it may be determined to be deteriorated. When the neutron detector deteriorates, the center position of the normal distribution related to the fitting result changes. Therefore, the deterioration determination unit can easily determine the deterioration of the neutron beam detection device by determining the deterioration when the center position of the normal distribution related to the fitting result deviates from the predetermined range.

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。 The anomaly detection method of the neutron beam detection device is a scintillator that generates light when radiation is incident, an optical fiber that transmits the light generated by the scintillator, and the wave height of the detection signal related to the received light that receives the light transmitted by the optical fiber. This is an abnormality detection method of a neutron beam detection device including a discrimination unit that discriminates a detection signal as a signal related to a neutron beam when the determination threshold is exceeded, and a step of detecting a peak due to the neutron beam in a wave height distribution. A step of detecting an abnormality in the neutron beam detection device is provided, and in the step of detecting an abnormality, when a peak is not detected, it is determined to be an abnormality.

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。 In this abnormality detection method of the neutron beam detection device, the same operation and effect as the above-mentioned neutron beam detection device can be obtained.

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。 According to the present invention, it is possible to provide a neutron beam detection device capable of detecting an abnormality in a neutron beam detection device with a simple configuration, and a method for detecting an abnormality in the neutron beam detection device.

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。It is a schematic diagram which shows the neutron capture therapy system provided with the neutron beam detection apparatus of one Embodiment of this invention. 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。It is sectional drawing which shows the neutron beam detector provided in the collimator. 中性子線検出装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the neutron beam detection apparatus. 正常な状態の波高分布を示すグラフである。It is a graph which shows the wave height distribution in a normal state. 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。It is a graph which shows the peak height distribution in which the peak by a neutron beam cannot be detected. 正規分布に類似しない波高分布を示すグラフである。It is a graph which shows the wave height distribution which does not resemble a normal distribution. 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。It is a graph which shows the wave height distribution when a neutron beam detector deteriorates. 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。It is a graph which shows an example of the wave height distribution by an actual detection signal. 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。It is a flowchart which shows the processing content of a neutron beam detection apparatus.

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。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

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。 The neutron capture therapy system 150 shown in FIG. 1 includes a neutron capture therapy device 1, a neutron beam detection device 100, a display unit 31, and an input unit 32. Here, first, the neutron capture therapy device 1 will be described. The neutron capture therapy device 1 is a device that performs cancer treatment using boron neutron capture therapy (BNCT). In the neutron capture therapy device 1, for example, the tumor of the patient (irradiated body) 50 to which boron ( 10 B) is administered is irradiated with the neutron beam N.

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。 The neutron capture therapy device 1 includes a cyclotron 2. The cyclotron 2 is an accelerator that accelerates charged particles such as anions to produce a charged particle beam R. In the present embodiment, the charged particle beam R is a proton beam generated by stripping an electric charge from an anion. The cyclotron 2 has the ability to generate a charged particle beam R having a beam radius of 40 mm and a beam radius of 60 kW (= 30 MeV × 2 mA), for example. The accelerator is not limited to the cyclotron, and may be a synchrotron, a synchrotron, a linac, or the like.

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。 The charged particle beam R emitted from the cyclotron 2 is sent to the neutron beam generation unit M. The neutron beam generation unit M includes a beam duct 3 and a target 7. The charged particle beam R emitted from the cyclotron 2 passes through the beam duct 3 and travels toward the target 7 arranged at the end of the beam duct 3. A plurality of quadrupole electromagnets 4, a current monitor 5, and a scanning electromagnet 6 are provided along the beam duct 3. The plurality of quadrupole electromagnets 4 adjust the beam axis of the charged particle beam R by using, for example, an electromagnet.

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。 The current monitor 5 detects the current value (that is, charge, irradiation dose rate) of the charged particle beam R irradiated to the target 7 in real time. As the current monitor 5, a non-destructive DCCT (DC Current Transformer) capable of measuring a current without affecting the charged particle beam R is used. The current monitor 5 outputs the detection result to the control unit 20 described later. The “dose rate” means the dose per unit time.

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。 Specifically, the current monitor 5 accurately detects the current value of the charged particle beam R irradiating the target 7, and in order to eliminate the influence of the quadrupole electromagnet 4, the current monitor 5 is downstream from the quadrupole electromagnet 4 (charged particle beam). It is provided immediately before the scanning electromagnet 6 on the downstream side of R). That is, since the scanning electromagnet 6 scans the target 7 so that the charged particle beam R is not always irradiated in the same place, a large current monitor 5 is required to dispose the current monitor 5 on the downstream side of the scanning electromagnet 6. Is required. On the other hand, by providing the current monitor 5 on the upstream side of the scanning electromagnet 6, the current monitor 5 can be miniaturized.

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。 The scanning electromagnet 6 scans the charged particle beam R and controls the irradiation of the charged particle beam R to the target 7. The scanning electromagnet 6 controls the irradiation position of the charged particle beam R with respect to the target 7.

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。 The neutron capture therapy device 1 generates a neutron beam N by irradiating the target 7 with a charged particle beam R, and emits the neutron beam N toward the patient 50. The neutron capture therapy device 1 includes a target 7, a shield 9, a moderator 8, a collimator 10, and a gamma ray detection unit 11.

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。 Further, the neutron capture therapy device 1 includes a control unit 20. The control unit 20 is composed of a CPU [Central Processing Unit], a ROM [Read Only Memory], a RAM [Random Access Memory], and the like, and is an electronic control unit that comprehensively controls the neutron capture therapy device 1. The detailed configuration of the control unit 20 will be described later.

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。 The target 7 is irradiated with a charged particle beam R to generate a neutron beam N. The target 7 here is formed of, for example, beryllium (Be), lithium (Li), tantalum (Ta), and tungsten (W), and has a disk shape having a diameter of, for example, 160 mm. The target 7 is not limited to a disk shape, and may have another shape. Further, the target 7 is not limited to a solid state but may be a liquid state.

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。 The moderator 8 decelerates the energy of the neutron beam N generated by the target 7. The moderator 8 includes a first moderator 8A that mainly decelerates fast neutrons contained in the neutron beam N, and a second moderator 8B that mainly decelerates the extrathermal neutrons contained in the neutron beam N. It has a laminated structure.

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。 The shield 9 shields the generated neutron beam N and the gamma ray generated by the generation of the neutron beam N so as not to be emitted to the outside. The shield 9 is provided so as to surround the moderator 8. The upper part and the lower part of the shield 9 extend to the upstream side of the charged particle beam R from the moderator 8, and the gamma ray detection unit 11 is provided in these extending portions.

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。 The collimator 10 shapes the irradiation field of the neutron beam N, and has an opening 10a through which the neutron beam N passes. The collimator 10 is, for example, a block-shaped member having an opening 10a in the center.

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。 The gamma ray detection unit 11 detects gamma rays generated from the neutron beam generation unit M by irradiation with the charged particle beam R in real time. As the gamma ray detection unit 11, a scintillator, an ionization chamber, and various other gamma ray detection devices can be adopted. In the present embodiment, the gamma ray detection unit 11 is provided around the target 7 on the upstream side of the charged particle beam R from the moderator 8.

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。 The gamma ray detection unit 11 is arranged inside the upper part and the lower part of the shield 9 extending upstream of the charged particle beam R, respectively. The number of gamma ray detection units 11 is not particularly limited, and may be one or three or more. When three or more gamma ray detecting units 11 are provided, they can be provided at predetermined intervals so as to surround the outer circumference of the target 7. The gamma ray detection unit 11 outputs the gamma ray detection result to the control unit 20. The configuration may not include the gamma ray detection unit 11.

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。 Next, the configuration of the neutron beam detection device 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 and 3.

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。 As shown in FIG. 2, the neutron beam detection device 100 includes a neutron beam detector 12 and a control unit 20. Further, the control unit 20 of the neutron beam detection device 100 is connected to the display unit 31 and the input unit 32.

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。 The collimator 10 is provided with a neutron detector 12 for detecting a neutron beam N passing through the opening 10a of the collimator 10 in real time. The neutron detector 12 is provided with at least a part thereof in a through hole 10b (a through hole formed in a direction orthogonal to the opening 10a) formed in the collimator 10. The neutron beam detector 12 has a scintillator 13, an optical fiber 14, and a photodetector 15.

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。 The scintillator 13 is a phosphor that converts incident radiation (neutron beam N, gamma ray) into light. In the scintillator 13, the internal crystals are excited according to the dose of the incident radiation, and scintillation light is generated. The scintillator 13 is provided in the through hole 10b of the collimator 10 and is exposed to the opening 10a of the collimator 10. The scintillator 13 emits light when a neutron beam N or a gamma ray in the opening 10a is incident on the scintillator 13. As the scintillator 13, a 6 Li glass scintillator, a LiCAF scintillator, a plastic scintillator coated with 6 LiF, a 6 LiF / ZnS scintillator, or the like can be adopted.

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。 The optical fiber 14 is a member that transmits light generated by the scintillator 13. The optical fiber 14 is composed of, for example, a bundle of flexible optical fibers. The photodetector 15 detects the light transmitted through the optical fiber 14. As the photodetector 15, various photodetectors such as a photomultiplier tube and a phototube can be adopted. The photodetector 15 outputs an electric signal (detection signal) to the control unit 20 at the time of light detection.

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。 The display unit 31 is a device that displays various information to the user. A display or the like is adopted as the display unit 31. When there is information that the user wants to input, the display unit 31 displays a notification that guides the user to input the information. Further, the display unit 31 displays the result calculated by the control unit 20 in response to the input of the user. The display unit 31 displays the wave height distribution of the detection signal of the neutron beam detector 12. The input unit 32 is a device in which various inputs are made by the user. The input unit 32 is composed of a keyboard, a mouse, a touch screen, and the like.

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。 As shown in FIG. 3, the control unit 20 includes a dose calculation unit 21, a determination unit (abnormality determination unit, deterioration determination unit) 23, and an irradiation control unit 22. The control unit 20 is electrically connected to a current monitor 5, a scanning electromagnet 6, a gamma ray detection unit 11, a photodetector 15 (neutron beam detector 12), a display unit 31, and an input unit 32.

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。 The dose calculation unit 21 measures (calculates) the dose of the charged particle beam R irradiated to the target 7 in real time based on the detection result of the current value of the charged particle beam R by the current monitor 5. The dose calculation unit 21 sequentially integrates the measured current value of the charged particle beam R with respect to time, and calculates the dose of the charged particle beam R in real time.

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。 Further, the dose calculation unit 21 measures (calculates) the gamma ray dose in real time based on the gamma ray detection result by the gamma ray detection unit 11.

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。 Further, the dose calculation unit 21 measures (calculates) the dose of the neutron beam N passing through the opening 10a of the collimator 10 based on the detection result of the neutron beam N by the neutron detector 12. The dose calculation unit 21 receives the detection signal from the photodetector 15 and discriminates between the signal related to neutron rays and the signal related to gamma rays (details will be described later). The photodetector 15 and the dose calculation unit 21 constitute a discrimination unit.

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。 The dose calculation unit 21 comprehensively calculates the dose of the neutron beam N generated by the target 7 in real time based on the calculated dose of the charged particle beam R, the dose of the gamma ray, and the dose of the neutron beam N. The calculation result by the dose calculation unit 21 such as the dose of the neutron beam N is displayed on the display unit 31, for example.

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。 The determination unit 23 determines an abnormality in the neutron beam detection device 100. Further, the determination unit 23 determines the deterioration of the neutron detector 12 of the neutron beam detection device 100. The determination unit 23 transmits the determination result to the display unit 31 and causes the display unit 31 to display the determination result. The details of the determination unit 23 will be described later.

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。 The irradiation control unit 22 controls the irradiation of the charged particle beam R to the target 7 based on the dose of the neutron beam N calculated by the dose calculation unit 21. The irradiation control unit 22 transmits a command signal to the cyclotron 2 and the scanning electromagnet 6 to control the irradiation of the charged particle beam R to the target 7, thereby controlling the irradiation of the neutron beam N generated from the target 7 to the patient. .. The irradiation control unit 22 controls the irradiation of the neutron beam N so that the dose of the neutron beam N calculated by the dose calculation unit 21 conforms to a preset treatment plan.

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。 Next, the function of the dose calculation unit 21 which is the discrimination unit and the function of the determination unit 23 will be described in more detail.

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。 The dose calculation unit 21 determines whether or not the wave height (light amount) of the detection signal related to the light received by the photodetector 15 exceeds the determination threshold value Q, and discriminates between the detection signal by the neutron beam N and the detection signal by the gamma ray. do. Since the neutron beam N and the gamma ray are incident as radiation in the scintillator 13, the neutron beam N and the gamma ray are discriminated according to the intensity of the amount of light.

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。 FIG. 4 is a graph showing the wave height distribution of the detection signal when the neutron beam detection device 100 is normal. In FIG. 4, the horizontal axis shows the wave height (light amount) of the detection signal related to the light received by the photodetector 15, and the vertical axis shows the number of events (Count / s) of the detection signal. As shown in FIG. 4, the dose calculation unit 21 sets the second peak in the wave height distribution as the peak P by the neutron beam N. As shown in FIG. 8, the wave height distribution based on the actual detection signal is a graph with fluctuations. 4 to 7 show graphs in which the wave height distribution is approximated by a curve.

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。 The dose calculation unit 21 detects the peak P due to the neutron beam N in the wave height distribution. Here, FIG. 4 showing the wave height distribution when the neutron beam detection device 100 is normal, and FIG. 5 showing the wave height distribution having no peak P due to the neutron beam N due to the abnormality of the neutron beam detection device 100. , Will be explained by comparing.

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。 As described above, the wave height distribution of the detection signal is a graph with fluctuations as shown in FIG. Therefore, the dose calculation unit 21 creates an approximate curve for the peak height distribution of the detection signal. As a result, graphs as shown in FIGS. 4 and 5 are obtained. An approximate curve is created by smoothing the pulse height distribution. The dose calculation unit 21 acquires the slope according to the position of the horizontal axis of the approximate curve (wave height of the detection signal) by differentiation. Further smooth the obtained derivative curve. Based on this, the dose calculation unit 21 detects a portion of the approximate curve where the slope becomes 0 from the state where the slope is positive and then the slope becomes negative as the peak P due to the neutron beam N. On the other hand, the dose calculation unit 21 obtains the result that "the peak P cannot be detected" when the portion where the inclination changes as described above cannot be specified in the approximate curve. For example, in the graph shown in FIG. 4, since it can be identified as the location where the inclination changes as described above, the dose calculation unit 21 can detect the peak P. On the other hand, in the graph shown in FIG. 5, the approximate curve decreases sharply, then decreases uniformly, and then continues to have a slope of 0. Therefore, the dose calculation unit 21 cannot detect the peak P.

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。

Figure 0007084758000001


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。 The dose calculation unit 21 performs fitting on a wave height distribution having a peak P. Examples of the function for fitting include the Gaussian function of the following equation (1). The dose calculation unit 21 performs fitting using the method of least squares. The dose calculation unit 21 performs fitting by the least squares method in a range including at least a region near the detected peak P. In the present embodiment, the reference position on the negative side of the horizontal axis (the side where the wave height is low) is set from the peak P, and the dose calculation unit 21 is on the positive side (the side where the wave height is high) on the horizontal axis from the reference position. Fitting shall be performed over the entire range. The reference position on the negative side may be set, for example, to a point where the derivative changes from negative to 0 and then becomes positive. In the example shown in FIG. 4, the position of the valley portion (lower peak) adjacent to the negative side of the peak P may be used as the reference position. The reference position may be set on the positive side as well, and for example, the position on the opposite side of the peak P in the valley may be set as the reference position. As a result, the dose calculation unit 21 can perform fitting in a range including at least a region near the peak P. By such a procedure, the dose calculation unit 21 can obtain an approximate curve fitted to a normal distribution (that is, a Gaussian distribution) as a result of fitting to the wave height distribution around the peak P.
Figure 0007084758000001

x indicates the amount of light of the detection signal, and μ indicates the position of the peak.

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ｘ０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。 The dose calculation unit 21 sets the determination threshold value Q for the approximate curve fitted to the normal distribution. However, the dose calculation unit 21 sets the determination threshold value Q for the approximate curve determined that there is no abnormality or deterioration of the neutron beam detection device 100 by the determination method described later of the determination unit 23. The judgment threshold calculation formula for obtaining the judgment threshold Q is expressed as "Q = μ-aσ". “Μ” indicates the position of the peak P by the neutron beam N in the energy direction (horizontal axis direction in the graph), that is, the wave height of the detection signal. “Σ” indicates the standard deviation of the distribution created by the neutron beam N. Here, "μ" and "σ" obtained from an approximate curve fitted to a normal distribution are used. “A” indicates a coefficient with respect to σ. That is, the determination threshold value Q is set to a value lower by aσ from the wave height μ of the peak P due to the neutron beam N in the energy direction. For example, "a = 1.5" is set, and a value 1.5σ lower than the peak wave height μ due to the neutron beam N is set to the determination threshold value x 0 . However, the value of "a" is not particularly limited and may be appropriately changed based on the accuracy of discrimination and the like. The dose calculation unit 21 discriminates between the detection signal by the neutron beam N and the detection signal by the gamma ray by using the determination threshold value Q thus obtained.

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。 The determination unit 23 determines that it is abnormal when the dose calculation unit 21 does not detect the peak P due to the neutron beam N having a wave height distribution. The determination unit 23 acquires the detection result of the peak P from the dose calculation unit 21, but at this time, when the result of "the peak P cannot be detected" is received, it is determined that there is an abnormality.

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、Ｘ２ 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、Ｘ２ 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（ｘｉ）」は、上述の式（１）が当てはまる。「ｙｉ」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。

Figure 0007084758000002

Further, when the peak P is detected in the wave height distribution, the determination unit 23 compares the result of fitting with respect to the wave height distribution around the peak P with the normal distribution, and if it does not resemble the normal distribution, determines that it is abnormal. The fitting result here is an approximate curve fitted to a normal distribution obtained by the dose calculation unit 21 as described above. Specifically, the determination unit 23 calculates X 2 red using the following equation (2). When fitting using the least squares method, the closer the value of X 2 red is to 1, the closer the fitting result is to the normal distribution, and the farther it is from 1, the more the fitting result deviates from the normal distribution. Is shown. The above-mentioned equation (1) applies to "f (x i )" in the equation (2). “Yi” indicates the number of counts at a certain place on the horizontal axis (the place corresponding to i ). The place where "i = 1" corresponds to the reference position set when fitting by the least squares method.
Figure 0007084758000002

判定部２３は、Ｘ２ ｒｅｄに対する閾値として、Ｘ２ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄを予め設定しておく。判定部２３は、Ｘ２ ｒｅｄがＸ２ 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、Ｘ２ 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、Ｘ２ 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。 The determination unit 23 presets X 2 threshold as a threshold value for X 2 red . When the X 2 red becomes larger than the X 2 threshold , the determination unit 23 determines that it is abnormal. The threshold value is not particularly limited, but is set within a range in which the approximate curve of the fitting result can be regarded as similar to the normal distribution. For example, 1.5 is set as the threshold value. For example, since the approximate curve shown in FIG . 4 is a curve similar to a normal distribution, X2 red has a value close to 1. On the other hand, in the approximate curve shown in FIG. 6, since the peak P is detected, fitting is performed with a normal distribution, but the approximate curve as a result of fitting is largely deviated from the normal distribution. Therefore, since the X 2 redo greatly deviates from 1 and exceeds the threshold value, the determination unit 23 determines that it is abnormal.

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。 The determination unit 23 determines deterioration when an abnormality is not determined by the determination unit 23. When the width of the normal distribution related to the fitting result deviates from the predetermined range, the determination unit 23 determines that the deterioration is achieved. Further, when the center position of the normal distribution related to the fitting result deviates from a predetermined range, the determination unit 23 determines that the deterioration is achieved.

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。 Specifically, the determination unit 23 uses "σ", which is the standard deviation of the normal distribution related to the fitting result, as the width of the normal distribution. The position “μ” of the peak P of the normal distribution related to the fitting result is set as the center position of the normal distribution. Then, when the energy resolution (σ / μ) becomes equal to or higher than a predetermined threshold value, the determination unit 23 determines that the deterioration is achieved. The threshold value is not particularly limited, but may be set to 0.3, for example. Deterioration includes a decrease in the amount of light. Such a decrease in the amount of light is caused by deterioration of the scintillator 13, the optical grease, the optical fiber 14, the optical fiber connector, the photoelectric surface of the photomultiplier tube, and the like. In this case, the energy resolution of the detector is worse than that in the normal state. Therefore, the deterioration can be suitably detected by determining the energy resolution. For example, although the approximate curve shown in FIG. 7 has a different shape from the approximate curve of FIG. 4, the determination unit 23 does not determine that the curve is abnormal because the curve maintains a state similar to the normal distribution. However, since the energy resolution has changed from the normal state due to the deterioration, the determination unit 23 determines that the deterioration is based on the change in the energy resolution.

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。 The determination unit 23 collectively determines the width of the normal distribution and the center position of the normal distribution at once by using the energy resolution. Instead of this, the determination unit 23 may set individual threshold values for the width of the normal distribution and the center position of the normal distribution to make a determination.

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。 Next, with reference to FIG. 9, the processing contents of the neutron beam detection device including the abnormality detection method according to the present embodiment will be described. The process shown in FIG. 9 is a process repeatedly executed by the control unit 20.

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。 First, the dose calculation unit 21 detects the peak P due to the neutron beam N in the peak height distribution of the detection signal (step S10). At this time, the dose calculation unit 21 detects the position of the peak P for the wave height distribution having the peak P as shown in FIGS. 4, 6 and 7. On the other hand, as shown in FIG. 5, the dose calculation unit 21 acquires the result that the peak P could not be detected for the wave height distribution having no peak P.

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）。 Next, the determination unit 23 determines whether or not the peak P is detected in S10 (step S20). When it is determined in S20 that the peak P is not detected, the determination unit 23 determines that the neutron beam detection device 100 has an abnormality. In this case, the determination unit 23 displays a warning on the display unit 31 (step 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Ｘ２ ｒｅｄが閾値であるＸ２ 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）。 On the other hand, when it is determined that the peak P is detected in S20, the dose calculation unit 21 fits the wave height distribution around the peak P into a normal distribution using the least squares method (step S40). Next, the determination unit 23 compares the result of fitting in S40 with the normal distribution, and determines whether or not it is similar to the normal distribution (step S50). The determination unit 23 determines that the fitting result does not resemble a normal distribution when the X 2 red calculated by the above equation (2) is out of the range of the threshold value X 2 threshold . When it is determined in S50 that the fitting result does not resemble the normal distribution, the determination unit 23 determines that the neutron beam detection device 100 has an abnormality. In this case, the determination unit 23 displays a warning on the display unit 31 (step 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。 On the other hand, when it is determined in S50 that the fitting result is similar to the normal distribution, the determination unit 23 determines whether or not the neutron beam detection device 100 is deteriorated (step S60). In S60, the determination unit 23 determines that the energy resolution (σ / μ) is deteriorated when the energy resolution (σ / μ) becomes equal to or more than a predetermined threshold value. If it is determined in S60 that the deterioration has occurred, the determination unit 23 displays a warning on the display unit 31 (step S30). On the other hand, when it is determined in S60 that there is no deterioration, the dose calculation unit 21 sets the determination threshold value Q using the approximate curve obtained from the fitting result. Then, the dose calculation unit 21 receives the detection signal from the photodetector 15 using the determination threshold value Q, and discriminates between the signal related to the neutron ray and the signal related to the gamma ray (step S70). As a result, the process shown in FIG. 9 is completed, and the process is started again from S10. However, if the warning of S30 is given, the process may be interrupted.

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。 Next, the operation / effect of the neutron beam detection device 100 according to the present embodiment will be described.

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。 In the neutron beam detection device 100, the dose calculation unit 21 discriminates the detection signal as a signal relating to the neutron beam N when the wave height of the detection signal relating to the received light exceeds the determination threshold value. Here, the wave height distribution formed based on the detection signal has a waveform in which the neutron beam N gradually increases, a peak P is formed, and gradually decreases when there is no abnormality in the neutron beam detection device 100. Become. That is, if no peak is detected in the wave height distribution, it can be determined that the neutron beam detection device 100 has an abnormality. Therefore, the determination unit 23 determines that the abnormality is abnormal when the peak P is not detected. This makes it possible to easily detect an abnormality in the neutron beam detection device 100 without using a plurality of monitors or the like. From the above, it is possible to detect an abnormality in the neutron beam detection device 100 with a simple configuration.

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。 In the neutron beam detection device 100, when the peak P is detected, the determination unit 23 compares the fitting result for the wave height distribution around the peak P with the normal distribution, and if it does not resemble the normal distribution, determines that it is abnormal. It's okay. Here, the wave height distribution formed based on the detection signal resembles a normal distribution in the vicinity of the peak P when there is no abnormality in the neutron beam detection device 100. Therefore, the determination unit 23 can easily detect the abnormality of the neutron beam detection device by determining that the fitting result is abnormal when the fitting result does not resemble the normal distribution.

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。 The neutron beam detection device 100 further includes a determination unit 23 for determining deterioration of the neutron beam detection device 100, and the determination unit 23 determines deterioration when no abnormality is determined by the determination unit 23, and the fitting result is obtained. If the width of the normal distribution according to the above is out of the predetermined range, it may be determined to be deteriorated. When the neutron beam detection device 100 deteriorates, the width of the normal distribution related to the fitting result changes. Therefore, the determination unit 23 can easily determine the deterioration of the neutron beam detection device 100 by determining the deterioration when the width of the normal distribution related to the fitting result deviates from the predetermined range.

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。 The neutron beam detection device 100 further includes a determination unit 23 for determining deterioration of the neutron beam detection device 100, and the determination unit 23 determines deterioration when no abnormality is determined by the determination unit 23, and the fitting result is obtained. If the center position of the normal distribution according to the above is out of a predetermined range, it may be determined to be deteriorated. When the neutron beam detection device 100 deteriorates, the center position of the normal distribution related to the fitting result changes. Therefore, the determination unit 23 can easily determine the deterioration of the neutron beam detection device 100 by determining the deterioration when the center position of the normal distribution related to the fitting result deviates from the predetermined range.

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。 The abnormality detection method of the neutron beam detection device 100 is as follows: a scintillator 13 that generates light when radiation is incident, an optical fiber 14 that transmits light generated by the scintillator 13, and light received by receiving light transmitted by the optical fiber 14. This is an abnormality detection method of the neutron beam detection device 100 including a discrimination unit that discriminates the detected signal as a signal related to a neutron beam when the wave height of the detection signal related to the above exceeds the determination threshold, and is based on the neutron beam N in the wave height distribution. The step of detecting the peak P and the step of detecting the abnormality of the neutron beam detection device 100 are provided, and in the step of detecting the abnormality, if the peak P is not detected, it is determined to be an abnormality.

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。 In this abnormality detection method of the neutron beam detection device 100, the same operation and effect as the above-mentioned neutron beam detection device 100 can be obtained.

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。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications as described below are possible without departing from the gist of the present invention.

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Ｘ２ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄを狭い範囲に設定すればよい。例えば、Ｘ２ 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。 For example, the neutron beam detector according to the embodiment determines an abnormality when the fitting result does not resemble a normal distribution. Instead of this, in the neutron beam detection device 100, the determination unit 23 may determine that the peak P is abnormal when the fitting result for the wave height distribution around the peak P is not a normal distribution. Here, the wave height distribution formed based on the detection signal has a normal distribution near the peak P when there is no abnormality in the neutron beam detection device 100. Therefore, the determination unit 23 can easily detect the abnormality of the neutron beam detection device by determining that the fitting result is abnormal when the fitting result does not have a normal distribution. The case where the fitting result has a normal distribution is a state in which the approximate curve related to the fitting result has a normal distribution within the range of the error. Specifically, the threshold value X 2 threshold may be set in a narrow range. For example, 1 to 1.01 may be set as X 2 threshold . However, even if the wave height distribution is a normal distribution, the fluctuation may be large as shown in FIG. In this way, when the threshold value is temporarily deviated due to fluctuations, the determination unit 23 does not have to determine that the value is abnormal.

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。 For example, the place where the scintillator 13 is arranged is not limited to the collimator 10, and may be another place. The scintillator may be arranged, for example, downstream of the collimator 10 or may be arranged on the surface of the patient (near the irradiated portion).

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。 Further, in the above embodiment, the coefficient a with respect to σ is set to 1.5, and the value 1.5σ lower than the wave height μ of the peak due to the neutron beam N is adjusted as the determination threshold value Q, but other values are used. The determination threshold Q may be changed. For example, when the value lower than the peak wave height μ due to the neutron beam N was set as the determination threshold value Q, the detection efficiency of the neutron beam N was 84.1%. When the value 1.5σ lower than the peak wave height μ due to the neutron beam N was set as the determination threshold value, the detection efficiency of the neutron beam N was 93%. Further, when the value 2σ lower than the wave height μ of the peak due to the neutron beam N was set as the determination threshold value, the detection efficiency of the neutron beam N was 99.8%. In this way, the value σ lower than the peak wave height μ due to the neutron beam N may be used as the determination threshold value Q, the value 2σ lower than the peak wave height μ due to the neutron beam N may be used as the determination threshold value Q, and the other values may be lower. The threshold value Q may be used.

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。 Further, in the above embodiment, the neutron beam detection device is applied to the neutron capture therapy device 1, but the use of the neutron beam detection device is not limited. For example, the neutron beam detection device of the present invention may be applied as a monitor for monitoring the operating state of a nuclear reactor. Further, the neutron beam detection device of the present invention may be used when measuring the accelerated neutron used in the physical experiment. Further, the neutron beam detection device of the present invention may be used in the neutron irradiation device for non-destructive inspection.

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。 1 ... Neutron capture therapy device, 12 ... Neutron beam detector, 13 ... Scintillator, 14 ... Optical fiber, 15 ... Optical detector (discrimination unit), 20 ... Control unit, 21 ... Dose calculation unit (discrimination unit), 23 ... Judgment Department, 100 ... Neutron beam detector, 150 ... Neutron capture therapy system, N ... Neutron beam.

Claims (6)

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、前記波高分布に関する曲線の中で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。 A neutron beam detector that detects neutron beams.
A scintillator that generates light when radiation is incident,
An optical fiber that transmits the light generated by the scintillator,
A discrimination unit that receives the light transmitted by the optical fiber and discriminates the detected signal as a signal related to the neutron beam when the wave height of the detected signal related to the received light exceeds the determination threshold value.
An abnormality determination unit for determining an abnormality in the neutron beam detection device is provided.
The discrimination unit detects a peak due to the neutron beam in the wave height distribution and detects it.
The abnormality determination unit is a neutron beam detection device that determines that the peak is abnormal when the peak is not detected in the curve related to the wave height distribution . 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。 The neutron beam detection device according to claim 1, wherein the abnormality determination unit determines that the peak is abnormal when the peak is detected and the fitting result for the wave height distribution around the peak does not have a normal distribution. 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。 The abnormality determination unit compares the result of fitting to the peak distribution around the peak with the normal distribution when the peak is detected, and determines that the peak is abnormal when the peak is not similar to the normal distribution. The described neutron detector. 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。 Further equipped with a deterioration determination unit for determining deterioration of the neutron beam detection device,
The deterioration determination unit is
When an abnormality is not determined by the abnormality determination unit, deterioration is determined and deterioration is determined.
The neutron beam detection device according to claim 2 or 3, wherein when the width of the normal distribution related to the fitting result deviates from a predetermined range, it is determined to be deteriorated. 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。 Further equipped with a deterioration determination unit for determining deterioration of the neutron beam detection device,
The deterioration determination unit is
When an abnormality is not determined by the abnormality determination unit, deterioration is determined and deterioration is determined.
The neutron beam detection device according to claim 2 or 3, wherein when the center position of the normal distribution related to the fitting result deviates from a predetermined range, it is determined to be deteriorated. 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、前記波高分布に関する曲線の中で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。
A scintillator that generates light when radiation is incident,
An optical fiber that transmits the light generated by the scintillator,
Neutron beam detection including a discrimination unit that receives the light transmitted by the optical fiber and discriminates the detected signal as a signal related to a neutron beam when the wave height of the detected signal related to the received light exceeds the determination threshold value. It is a method of detecting abnormalities in the device.
The process of detecting the peak due to the neutron beam in the wave height distribution and
A step of detecting an abnormality in the neutron beam detection device is provided.
In the step of detecting the abnormality, a method for detecting an abnormality of a neutron beam detection device, which determines that the peak is abnormal when the peak is not detected in the curve related to the wave height distribution .
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