JP2019501737A - 中性子捕捉療法システムに用いられる放射線検出システム及びその検出方法 - Google Patents

Abstract

本発明の一態様は、中性子捕捉療法システムの中性子ビームの照射線量の精度を向上させ、及び、故障部位をリアルタイムに発見することができる中性子捕捉療法システムに用いられる放射線検出システムであって、中性子捕捉療法システムが、荷電粒子ビーム（P）と、荷電粒子ビーム（P）を通過させるための荷電粒子ビーム入口と、荷電粒子ビーム（P）と核反応することによって中性子ビーム（N）を発生させる中性子発生部（T）と、中性子発生部（T）による中性子のビームフラックスと品質を調整するためのビーム成形体（30）と、ビーム成形体（30）に隣接するビーム出口（40）と、を含み、前記放射線検出システムが、中性子ビーム（N）によって照射された後に直ちに発生するγ線をリアルタイムに検出するための放射線検出装置（800）を含む、中性子捕捉療法システムに用いられる放射線検出システムを提供することにある。

Description

本発明は、放射線検出システムに関し、特に中性子捕捉療法システムに用いられる放射線検出システムに関し、本発明は又、放射線検出方法に関し、特に中性子捕捉療法システムに用いられる放射線検出方法に関する。

原子科学の発展に従って、コバルト60、線形加速器、電子ビーム等の放射線療法は、すでにがん治療の主な手段の一つとなった。しかし、従来の光子又は電子療法は、放射線そのものの物理的条件の制限で腫瘍細胞を殺すとともに、ビーム経路上の数多くの正常組織に損傷を与える。また、腫瘍細胞により放射線に対する感受性の度合いが異なっており、従来の放射線療法では、放射線耐性の高い悪性腫瘍（例、多形神経膠芽腫（glioblastoma multiforme）、黒色腫（melanoma））に対する治療効果が良くない。

腫瘍の周囲の正常組織の放射線損傷を軽減するすために、化学療法（chemotherapy）における標的療法が、放射線療法に用いられている。また、放射線耐性の高い腫瘍細胞に対し、現在では生物学的効果比（relative biological effectiveness, RBE）の高い放射線源が積極的に開発されている（例えば、陽子線治療、重粒子治療、中性子捕捉療法等）。このうち、中性子捕捉療法は、上記の2つの構想を結びつけたものである。例えば、ホウ素中性子捕捉療法では、ホウ素含有薬物が腫瘍細胞に特異的に集まり、高精度な中性子ビームの制御と合わせることで、従来の放射線と比べて、より良いがん治療オプションを提供する。

ホウ素中性子捕捉療法（Boron Neutron Capture Therapy, BNCT）は、ホウ素（¹⁰B）含有薬物が熱中性子に対し大きい捕獲断面積を持つ特性を利用し、¹⁰B(n,α) ⁷Li中性子捕捉と核***反応により⁴Heと⁷Liという2種の重荷電粒子を生成する。図1と図2は、それぞれホウ素中性子捕捉の反応概略図と¹⁰B(n,α) ⁷Li中性子捕捉の原子核反応式を示す。2種の重荷電粒子は平均エネルギーが2.33MeVであり、高い線エネルギー付与(Linear Energy Transfer, LET)及び短い射程という特徴を持つ。α粒子の線エネルギー付与と射程はそれぞれ150keV/μm、8μmであり、⁷Li重荷粒子の場合、それぞれ175keV/μm、5μmである。2種の粒子の合計射程が細胞のサイズに近いので、生体への放射線損害を細胞レベルに抑えられる。ホウ素含有薬物を選択的に腫瘍細胞に集め、適切な中性子源と合わせることで、正常組織に大きな損害を与えないで腫瘍細胞を部分的に殺せる。

中性子捕捉療法システムにおけるビーム検出及び診断は非常に重要な問題であり、これは、照射療法の用量及び効果に直接関係する。従来技術が開示する中性子捕捉療法システムでは、例えば、予め被照射体に中性子ビーム測定用の金線を取り付けることによって、中性子ビームの照射中に金線を除去し、かつ該金線の放射量を測定し、照射中の中性子ビームの照射線量を測定する。そして、該測定された照射線量により中性子捕捉療法システムを制御し（例えば停止等）、それにより中性子ビームが計画された照射線量に従って被照射体に照射される。

しかし、このときに、例えば、何らかの理由で金線の放射量を測定した後に中性子ビームの照射線量率が変化すれば、十分に該変化に対応することができず、計画された照射線量に従って中性子ビームを被照射体に照射することを難しくなる。すなわち、上記中性子捕捉療法システムでは、中性子ビーム照射線量をリアルタイムで検出することができない。また、一旦測定装備が故障すれば、故障の原因をすぐに判断できず、故障の検査に消耗する。

したがって、放射線の照射量の精度を向上させ、及び、故障部位をリアルタイムに発見することができる中性子捕捉療法システムに用いられる放射線検出システム及び方法であって提供する必要がある。

本発明の一態様は、中性子捕捉療法システムの中性子ビームの照射量の精度を向上させ、及び、故障部位をリアルタイムに発見することができる中性子捕捉療法システムに用いられる放射線検出システムであって、中性子捕捉療法システムは、荷電粒子ビームと、荷電粒子ビームを通過させるための荷電粒子ビーム入口と、荷電粒子ビームと核反応することによって中性子ビームを発生させる中性子発生部と、中性子発生部による中性子ビームのフラックスと品質を調整するためのビーム成形体と、ビーム成形体に隣接するビーム出口と、を含み、前記放射線検出システムは、中性子ビームが照射された後に直ちに発生するγ線をリアルタイムに検出するための放射線検出装置を含む、中性子捕捉療法システムに用いられる放射線検出システムを提供することにある。

「中性子ビームが照射された後に直ちに発生するγ線」とは、中性子ビームが他の元素と中性子捕捉核反応する時に発生するγ線を指す。他の元素は、ホウ素−１０元素に限定されず、他の元素、例えば、本分野では公知の、中性子捕捉核反応の際にγ線を発生可能な元素は、本定義に含む。本発明の実施例において、「中性子ビームが照射された後に直ちに発生するγ線」は、中性子ビームがホウ素−１０元素とホウ素中性子捕捉反応する時に発生するγ線である。

放射線検出システムは、中性子捕捉療法システムの次の作業を確認するように、放射線検出装置の検出結果に基づいて人間の感知する信号を発信する制御装置を更に含む。このような人間の感知する信号は、聴覚、視覚、触覚又は嗅覚等の人間の機能器官が感知できる信号であり、例えば、音を出す警報器、警報ランプ、振動、刺激臭を出す等の複数の信号の中の一つ又は複数の形式である。

中性子捕捉療法システムは、荷電粒子ビームを加速するための加速器を更に含み、制御装置は、制御部及び表示部を含む。制御部は、放射線検出システムの検出結果を表示部によって表示するとともに、加速器の次の作業を確認するように検出結果を加速器に帰還する。表示部は、テレビ又は液晶表示装置等の一般的な表示設備であってもよい。

放射線検出装置は、γ線を検出する電離箱又はシンチレータ検出器であり、放射線検出システムは、検出されたγ信号によってホウ素の濃度値を推算する。
リアルタイムな検出を実現できる一般的な放射線検出システムには、イオン化室とシンチレータ検出器との二つの異なる検出原理がある。γ線を検出する時には、一方では、空気充填式イオン化室をイオン化室として用いてもよく、他方では、シンチレータ検出器を用いることができる。

好ましくは、前記ホウ素の濃度値は、公式Ａによって推算される。

ここで、Ｂ（ｔ）は、時間ｔの時のホウ素の濃度値であり、単位はｐｐｍである。時間ｔの単位はｓであり、ｋは被測定値である。ＧＣ（ｔ）は、時間ｔの時のプリセットのエネルギーゾーンの検出されたγ線の総カウントからバックグラウンドに存在するγ線のカウントを差し引いたものである。前記ｋは、公式Ｂによって推算される。

ここで、Ｂ（ｔ_０）は、時間ｔ_０の時のホウ素の濃度値であり、単位はｐｐｍである。時間ｔ_０の単位はｓである。ＧＣ（ｔ_０）は、時間ｔ_０の時のプリセットのエネルギーゾーンの検出されたγ線の総カウントからバックグラウンドに存在するγ線のカウントを差し引いたものである。前記Ｂ（ｔ_０）は、公式Ｃによって推算される。

ここで、Ｂ_血（ｔ_０）は、時間ｔ_０の時に測量計算される血液におけるホウ素の濃度値であり、単位はｐｐｍである。Ｒ_T/Nは、ＰＥＴ、実験データ又は理論的根拠に基づいて知ることができる腫瘍におけるホウ素の濃度と正常な組織におけるホウ素の濃度との比率である。

どの検出装置又はモニタリング装置が故障しているかを正確的に判断するために、以下の検出値と標準値とが大きく異なる時に、対応する検出装置又はモニタリング装置に異常があることが説明できる。

時間ｔの時の腫瘍線量率Ｄ_Ｔ（ｔ）は公式Ｄによって推算される。

ここで、Ｄ_Ｔ（ｔ）の単位はｗ−Ｇｙ／ｓである。Ｄ_Ｂ（ｔ）は、時間ｔの時のホウ素の線量率であり、単位はｗ−Ｇｙ／ｓである。Ｄ_ｎ（ｔ）は時間ｔの時の中性子の線量率であり、単位はｗ−Ｇｙ／ｓである。Ｄ_γ（ｔ）は時間ｔの時の光子の線量率であり、単位はｗ−Ｇｙ／ｓである。前記Ｄ_Ｂ（ｔ）は公式Ｅによって推算される。

前記Ｄ_ｎ（ｔ）は公式Ｆによって推算される。

前記Ｄ_γ（ｔ）は公式Ｇによって推算される。

ここで、Ｄ_Ｂ,ref、Ｄ_ｎ,ref、Ｄ_{γ，nbcap,ref}とＤ_γ,bcap,refはそれぞれ治療計画システムにおけるホウ素の線量率の既定の参考値又は校正された既定の参考値、中性子の線量率の既定の参考値、非ホウ素中性子捕捉反応による光子の線量率の既定の参考値とホウ素中性子捕捉反応による光子の線量率の既定の参考値であり、単位はいずれもｗ−Ｇｙ／ｓである。Ｓ_ｎ（ｔ）は、時間ｔの時の中性子モニタリング装置の中性子ビームの強度の示度であり、単位はカウント又は放射線検出装置によって選択可能な示度である。Ｓ_n,refは治療計画システムにおける中性子ビームの強度の既定値又は校正された中性子ビームの強度の既定値である。Ｂ_血（ｔ）は、測定される血液試料検体における時間ｔのホウ素の濃度値であり、単位はｐｐｍである。Ｂ_血,refは、治療計画システムにおけるホウ素の濃度の既定値又は校正されたホウ素の濃度の既定値であり、単位はｐｐｍである。ｆ（Ｂ_血（ｔ），Ｂ_血,ref）は、ホウ素の濃度と腫瘍線量との間の非線形関係を修正するように治療計画によって予め計算して得られる関数である。

ビーム成形体は、反射体と、反射体によって囲まれて中性子発生部に隣接する減速体と、減速体に隣接する熱中性子吸収体と、ビーム成形体内に設けられる放射シールドと、を含む。

本発明の別の態様は、中性子捕捉療法システムの中性子ビームの照射線量の精度を向上させ、及び、故障部位をリアルタイムに発現することができる中性子捕捉療法システムに用いられる放射線検出方法である。前記中性子捕捉療法システムは、荷電粒子ビームと、荷電粒子ビームを通過させるための荷電粒子ビーム入口と、荷電粒子ビームと核反応することにより中性子ビームを発生させる中性子発生部と、中性子発生部による中性子のビームフラックスと品質を調整するためのビーム成形体と、ビーム成形体に隣接するビーム出口とを含み、前記中性子発生部はビーム成形体内に収納され、放射線検出システムは放射線検出装置を含む。検出方法は、放射線検出装置によって中性子ビームが照射された後に直ちに発生するγ線をリアルタイムに検出することを含む検出工程を含む中性子捕捉療法システムに用いられる放射線検出方法を提供することにある。

検出方法は、検出工程における検出結果に基づいて中性子捕捉療法システムの次の作業を制御する制御工程を更に含む。
好ましくは、中性子捕捉療法システムは、荷電粒子ビームを加速するための加速器を更に含み、制御工程は、検出工程における検出結果に基づいて、加速器の次の作業を確認するように加速器を制御する。

制御装置は、表示部を含み、検出方法は、検出工程における検出結果を表示部によって表示する表示工程を更に含む。
検出方法は、検出工程における検出結果に基づいてホウ素の濃度値を推算する推算工程を更に含む。

好ましくは、前記ホウ素の濃度値は、公式Ａによって推算される。

ここで、Ｂ（ｔ）は、時間ｔの時のホウ素の濃度値であり、単位はｐｐｍである。時間ｔの単位はｓであり、ｋは被測定値である。ＧＣ（ｔ）は、時間ｔの時のプリセットのエネルギーゾーンの検出されたγ線の総カウントからバックグラウンドに存在するγ線のカウントを差し引いたものである。前記ｋは、公式Ｂによって推算される。

ここで、Ｂ（ｔ_０）は、時間ｔ_０の時のホウ素の濃度値であり、単位はｐｐｍである。時間ｔ_０の単位はｓである。ＧＣ（ｔ_０）は、時間ｔ_０の時のプリセットのエネルギーゾーンの検出されたγ線の総カウントからバックグラウンドに存在するγ線のカウントを差し引いたものである。前記Ｂ（ｔ_０）は、公式Ｃによって推算される。

ここで、Ｂ_血（ｔ_０）は、時間ｔ_０の時に測量計算される血液におけるホウ素の濃度値であり、単位はｐｐｍである。Ｒ_T/Nは、ＰＥＴ、実験データ又は理論的根拠に基づいて知ることができる腫瘍におけるホウ素の濃度と正常な組織におけるホウ素の濃度との比率である。

どの検出装置又はモニタリング装置が故障しているかを正確的に判断するために、以下の検出値と標準値とが大きく異なる時に、対応する検出装置又はモニタリング装置に異常があることが説明できる。

時間ｔの時の腫瘍線量率Ｄ_Ｔ（ｔ）は公式Ｄによって推算される。

ここで、Ｄ_Ｔ（ｔ）の単位はｗ−Ｇｙ／ｓである。Ｄ_Ｂ（ｔ）は時間ｔの時のホウ素の線量率であり、単位はｗ−Ｇｙ／ｓである。Ｄ_ｎ（ｔ）は時間ｔの時の中性子の線量率であり、単位はｗ−Ｇｙ／ｓである。Ｄ_γ（ｔ）は時間ｔの時の光子の線量率であり、単位はｗ−Ｇｙ／ｓである。前記Ｄ_Ｂ（ｔ）は公式Ｅによって推算される。

前記Ｄ_ｎ（ｔ）は公式Ｆによって推算される。

前記Ｄ_γ（ｔ）は公式Ｇによって推算される。

ここで、Ｄ_Ｂ,ref、Ｄ_ｎ,ref、Ｄ_{γ，nbcap,ref}とＤ_γ,bcap,refはそれぞれ治療計画システムにおけるホウ素の線量率の既定の参考値又は校正された既定の参考値、中性子の線量率の既定の参考値、非ホウ素中性子捕捉反応による光子の線量率の既定の参考値とホウ素中性子捕捉反応による光子の線量率の既定の参考値であり、単位はいずれもｗ−Ｇｙ／ｓである。Ｓ_ｎ（ｔ）は時間ｔの時の中性子モニタリング装置の中性子ビームの強度の示度であり、単位はカウント又は放射線検出装置によって選択可能な示度である。Ｓ_n,refは治療計画システムにおける中性子ビームの強度の既定値又は校正された中性子ビームの強度の既定値である。Ｂ_血（ｔ）は測定される血液試料検体における時間ｔのホウ素の濃度値であり、単位はｐｐｍである。Ｂ_血,refは治療計画システムにおけるホウ素の濃度の既定値又は校正されたホウ素の濃度の既定値であり、単位はｐｐｍである。ｆ（Ｂ_血（ｔ），Ｂ_血,ref）はホウ素の濃度と腫瘍線量との間の非線形関係を修正するように治療計画によって予め計算して得られる関数である。

好ましくは、時間ｔの時の腫瘍線量率は次の公式Ｈによって算出される。

ここで、Ｓ_Ｂ（ｔ）は時間ｔの時の放射線検出装置の示度であり、単位はカウント又は放射線検出装置によって選択可能な示度である。Ｓ_Ｂ（ｔ）は、次の公式Ｉから推算され、Ｃは、公式Ｊから推算される計算値である。

ここで、Ｎ_NB,refは治療計画におけるホウ素中性子捕捉反応の発生する回数の参考値であり、ｋ_BGはバックグラウンドに対する修正であり、σは放射線検出装置の検出効率である。Ｓ_ｎ（ｔ_０）は時間ｔ_０の時の中性子モニタリング装置の中性子ビームの強度の示度であり、単位はカウント又は放射線検出装置によって選択可能な示度である。Ｂ_血（ｔ_０）は測定される血液試料検体における時間ｔ_０のホウ素の濃度値であり、単位はｐｐｍである。ｆ（Ｂ_血（ｔ_０），Ｂ_血,ref）はホウ素の濃度と腫瘍線量との間の非線形関係を修正するように治療計画によって予め計算して得られる関数である。Ｓ_Ｂ（ｔ_０）は照射初期に設定された放射線検出装置の示度であり、単位はカウント又は放射線検出装置によって選択可能な示度である。

図１はホウ素中性子捕捉反応の模式図である。 図２は^１０Ｂ（ｎ，α）^７Ｌｉ中性子捕捉核反応式である。 図３は本発明実施例における中性子捕捉療法システムに用いられるビーム診断システムの平面模式図である。 図４は本発明の実施例における中性子捕捉療法システムに用いられるビーム診断システムの動作ロジックのブロック図である。 図５はビーム診断システムにおける第一中性子ビームモニタリング装置の別の実施例の平面模式図である。 図６はビーム診断システムにおける中性子ビームによって照射された後に直ちに発せられるγ線を検出するための放射線検出システムの平面模式図である。 図７は本発明の実施例におけるホウ素濃度と腫瘍線量との間の関数の関係図である。

中性子捕捉療法は効果的ながん治療の手段として、近年ではその適用が増加しており、そのうち、ホウ素中性子捕捉療法が最も一般的なものとなった。ホウ素中性子捕捉療法に用いられる中性子は原子炉又は加速器で供給できる。本発明の実施形態は加速器ホウ素中性子捕捉療法（Accelerated-based Boron Neutron Capture Therapy）を例とする。加速器ホウ素中性子捕捉療法の基本モジュールは、一般的に荷電粒子（陽子、デューテリウム原子核等）の加速に用いられる加速器、ターゲット、熱除去システム及びビーム整形アセンブリを含む。加速後の荷電粒子と金属ターゲットとの作用により中性子が生成される。適切な原子核反応は、必要な中性子収率及びエネルギー、提供可能な加速荷電粒子のエネルギー及び電流、及び、金属ターゲットの物理的・化学的特性等により選定される。よく検討されている原子核反応は、⁷Li(p,n)⁷Be及び⁹Be(p,n)⁹Bであり、この両方はすべて吸熱反応でエネルギー閾値がそれぞれ1.881MeVと2.055MeVである。ホウ素中性子捕捉療法の理想的中性子源はkeVエネルギーレベルの熱外中性子なので、理論的には、エネルギーが閾値よりやや高い陽子によるリチウムターゲットへの衝撃で、比較的低いエネルギーの中性子が生成され、あまり多くの減速処理を要することなく臨床適用が可能になる。しかし、リチウム（Li）及びベリリウム（Be）の２種のターゲットは、閾値エネルギーの陽子と作用する断面が大きくないので、十分な中性子束を確保するために、一般的には比較的高いエネルギーを持つ陽子で原子核反応を引き起こされる。

理想的なターゲットには、中性子収率が高く、生成した中性子のエネルギー分布が熱外中性子エネルギー領域（後ほど詳細に説明）に近く、強い透過性のある放射線をあまり多く生成されず、安全かつ簡単で操作しやすく、耐高温性を持つ等の特性が必要とされる。しかし、実際にすべての要件を満たす原子核反応は見つからないので、本発明の実施形態ではリチウムターゲットを採用する。ただし、この分野の技術者がよく知っていることとして、ターゲットの材料に、上記の金属材料以外のその他の金属材料を採用できる。

熱除去システムの要件は、選定された原子核反応により異なる。例えば、⁷Li(p,n)⁷Beの場合、金属ターゲット（リチウム）の低い融点と低い熱伝導率により、熱除去システムの要件は⁹Be(p,n)⁹Bより厳しくなる。本発明の実施形態では、⁷Li(p,n)⁷Beの原子核反応を採用する。

ホウ素中性子捕捉療法の中性子源は、原子炉或いは加速器による荷電粒子とターゲットとの原子核反応によるものであり、生成されるのはすべて混合放射線場である。即ち、ビームは低エネルギーから高エネルギーまでの中性子及び光子を含む。深部腫瘍のホウ素中性子捕捉療法において、熱外中性子を除くその他の放射線の含有量が多ければ多いほど、正常組織での非選択的線量沈着の割合も大きくなるので、これらの不必要な線量を引き起こす放射線をできる限り低減する必要がある。エアビームの品質要素の他、中性子による人体における線量分布をさらに理解するために、本発明の実施形態では、人間の頭部組織の人工器官を用いて線量を算出し、人工器官におけるビームの品質要素を中性子ビーム設計の参考とする。後ほど詳細に説明する。

国際原子力機関（IAEA）は、臨床ホウ素中性子捕捉療法に用いられる中性子源について、エアビームの品質要素に関する５提案を出している。この５提案は異なる中性子の長所と短所を比較するために利用できる他、中性子生成経路の選定及びビーム整形アセンブリの設計をする時の参考として利用できる。この５提案は次の通りである。
・熱外中性子束（epithermal neutron flux） > 1 x 10⁹ n/cm²s
・高速中性子汚染（fast neutron contamination） < 2 x 10^-13 Gy-cm²/n
・光子汚染（photon contamination） < 2 x 10^-13 Gy-cm²/n
・熱中性子束と熱外中性子束との比（thermal to epithermal neutron flux ratio） < 0.05
・中性子流とフラックスとの比（epithermal neutron current to flux ratio） > 0.7
注：熱外中性子エネルギー領域は0.5eV〜40keVであり、熱中性子エネルギー領域は0.5eVより小さく、高速中性子エネルギー領域は40keVより大きい。

１．熱外中性子束：
中性子束と腫瘍におけるホウ素含有薬物の濃度とで臨床治療の時間が決まる。腫瘍におけるホウ素含有薬物の濃度が十分に高ければ、中性子束への要求を緩められる。それに対し、腫瘍におけるホウ素含有薬物の濃度が低ければ、高フラックスの熱外中性子で腫瘍に十分な線量を与える必要がある。IAEAの提案では、熱外中性子束について、平方センチメートル当たり１秒の熱外中性子が10⁹個より多いことを求めている。既存のホウ素含有薬物では、このフラックスでの中性子ビームで治療時間を大体１時間以内に抑えられる。短い治療時間で、位置決めと快適さの改善、及び、腫瘍におけるホウ素含有薬物の限られた滞留時間の効果的利用に貢献できる。

２．高速中性子汚染：
高速中性子は、正常組織への不必要な線量を引き起こすので、汚染とみなされる。この線量と中性子エネルギーとには、正の相関関係があるので、中性子ビームの設計において、できる限り高速中性子の含有量を減らす必要がある。高速中性子汚染は、単位熱外中性子束に伴う高速中性子の線量と定義される。IAEAは、高速中性子汚染を2 x 10^-13 Gy-cm²/nより小さくすることを推奨している。

３．光子汚染（γ線汚染）：
γ線は、強い透過性の放射線に属し、非選択的にビーム経路にあるすべての組織で線量沈着を引き起こすので、γ線の含有量を減らすことも中性子ビームの設計の必要条件である。γ線汚染は、単位熱外中性子束に伴うγ線の線量と定義される。IAEAは、γ線汚染を2 x 10^-13 Gy-cm²/nより小さくすることを推奨している。

４．熱中性子束と熱外中性子束との比：
熱中性子は、減衰速度が速く、透過性も弱く、人体に入ると大部分のエネルギーが皮膚組織に沈着するので、黒色腫等皮膚腫瘍にホウ素中性子捕捉療法の中性子源として熱中性子を使用する場合以外、例えば脳腫瘍等の深部腫瘍の場合には、熱中性子の含有量を減らす必要がある。IAEAは、熱中性子束と熱外中性子束との比を0.05より小さくすることを推奨している。

５．中性子流とフラックスとの比：
中性子流とフラックスとの比は、ビームの方向性を示す。その比が大きいほど、ビームの前向性が強くなる。強い前向性を持つ中性子ビームでは、中性子の発散による周辺の正常組織への線量を減らせる他、治療可能デプス及び位置決め姿勢の柔軟性を向上させることができる。IAEAは、中性子流とフラックスとの比を0.7より大きくすることを推奨している。

人工器官で組織内の線量分布が取得され、正常組織及び腫瘍の線量−デプス曲線により、人工器官におけるビーム品質要素が導き出される。以下の３つのパラメータは異なる中性子ビーム療法の治療効果の比較に利用できる。

１．効果的治療デプス：
腫瘍線量は最大正常組織線量と等しいデプスである。このデプスより後ろでは、腫瘍細胞が受ける線量は最大正常組織線量より小さいので、ホウ素中性子捕捉上の優位性がなくなる。このパラメータは、中性子ビームの透過性を示し、効果的治療デプスが大きいほど、治療可能な腫瘍のデプスが深くなる。単位はcmである。

２．効果的治療デプスの線量率：
即ち、効果的治療デプスにおける腫瘍線量率であり、最大正常組織線量率と等しい。正常組織で受け取る総線量は、与えられ得る腫瘍総線量に影響する要因であるので、このパラメータで治療時間が決まる。効果的治療デプスの線量率が大きいほど、腫瘍に一定の線量を与える必要な照射時間が短くなる。単位はcGy/mA-minである。

３．効果的治療線量比：
脳表面から効果的治療デプスまでに、腫瘍と正常組織とが受け取る平均線量の比は、効果的治療線量比と呼ばれる。平均線量は、線量−デプス曲線の積分により算出できる。効果的治療線量比が大きいほど、当該中性子ビームの治療効果がよくなる。

ビーム整形アセンブリの設計における比較根拠として、IAEAによるエアビームの品質要素の５提案及び上記の３つのパラメータの他に、本発明の実施形態では、中性子ビーム線量のパフォーマンスの優劣を評価するための以下のパラメータを利用する。
１．照射時間≦30min（加速器で使用する陽子流は10mA）
２．30.0RBE-Gy治療可能デプス≧7cm
３．最大腫瘍線量≧60.0RBE-Gy
４．最大正常脳組織線量≦12.5RBE-Gy
５．最大皮膚線量≦11.0RBE-Gy
注：RBE（Relative Biological Effectiveness）は生物学的効果比であり、光子及び中性子による生物学的効果が異なるため、等価線量を算出するために、上記の線量に異なる組織の生物学的効果比を掛ける。

図３及び図４に示すように、本発明の一態様は、中性子捕捉療法システムの中性子ビーム照射線量の精度を向上させ、中性子捕捉療法システムに適用できるビーム診断システムを提供して故障診断を行うことであり、１つの技術的解決手段において中性子捕捉療法システム用のビーム診断システムを提供する。

中性子捕捉療法システムは、加速器１０と、ビーム膨張装置２０と、荷電粒子ビームを通過させるための荷電粒子ビーム入口と、荷電粒子ビームＰと核反応によって中性子ビームＮを発生する中性子発生部Ｔと、中性子発生部Ｔにより発生した中性子ビーム線量及び品質を調整するためのビーム成形体３０と、ビーム成形体３０に隣接するビーム出口４０と、ビーム出口４０から放射されるビーム照射の被照射体５０と、冷却媒体を中性子発生部Ｔに配置して中性子発生部Ｔを冷却する冷却装置６０と、を含む。加速器１０は、荷電粒子ビームＰを加速させるために使用される、サイクロトロン又は線形加速器等の加速器型中性子捕捉療法システムに適用される加速器である。ここでの荷電粒子ビームＰは、陽子ビームが好ましい。ビーム膨張装置２０は、加速器と中性子発生部Ｔとの間に配置され、荷電粒子ビームの入口は、中性子発生部Ｔに隣接してビーム成形体３０内に収容される。図３に示すように、中性子発生部Ｔとビーム膨張装置との間の３つの矢印が荷電粒子ビーム入口とされ、中性子発生部Ｔはビーム成形体３０内に収容される。ここでの中性子発生部Ｔは、リチウム金属が好ましい。ビーム成形体３０は、反射体３１と、反射体３１により囲まれかつ中性子発生部Ｔに隣接する減速体３２と、減速体３２に隣接する熱中性子吸収体３３と、ビーム成形体３０内に配置された放射シールド３４と、を含む。中性子発生部Ｔは、荷電粒子ビーム入口から入射する荷電粒子ビームＰとの核反応によって中性子ビームＮを発生する。中性子ビームは主軸を規定する。減速体３２は、中性子発生部Ｔから発生した中性子を熱外中性子エネルギー領域に減速させ、反射体３１は、主軸からずれた中性子を主軸に戻して熱外中性子ビーム強度を向上させる。熱中性子吸収体３３は、熱中性子を吸収して治療中の浅い正常組織の過剰な線量を回避するために使用され、放射シールド３４は、漏れた中性子及び光子をシールドして非照射領域の正常組織線量を低減するために使用される。ビーム出口４０は、中性子ビーム収束部又はコリメータとも呼ばれ、中性子ビームの幅を減少させて中性子ビームを集束させる。ビーム出口40から放出された中性子ビームは、被照射体50の標的部位を照射する。

ビーム診断システムは、荷電粒子ビーム診断装置及び中性子診断装置を含み、ビーム診断システムは、中性子捕捉療法システム及び／又はビーム診断装置が故障しているか否かを同時に診断するために使用される。ビーム診断システムは、荷電粒子ビーム及び中性子ビームを同時に検出することによって、中性子ビーム照射線量の精度を向上させる。また、ビーム診断システムは、一連の検出結果に従って、中性子捕捉療法システム中のどの装置及び／又は部品が故障しているかを判断し、又はビーム診断システム中の検出装置自身が故障しているか否かを判断する。このようにして、目標が明確になり、中性子ビーム照射線量の精度が向上し、またメンテナンス時間及びコストが大幅に低減される。

荷電粒子ビーム診断装置は、荷電粒子ビーム入口に入る前に荷電粒子ビームＰの強度及び安定性を検出するための第一電流検出装置１００と、中性子発生部Ｔと作用する荷電粒子ビームＰの強度及び変化状態を検出するための第二電流検出装置２００と、をさらに含む。ビーム診断システムは、冷却装置６０の温度を検出することにより、冷却装置６０及び中性子発生部Ｔが発生した中性子ビームＮの状態を得るための温度検出装置３００をさらに含む。中性子ビーム診断装置は、ビーム成形体３０内の中性子ビームＮの強度及び空間分布を検出する、ビーム成形体３０内に埋め込まれた第一中性子ビーム検出装置４００と、ビーム出口４０の中性子ビームＮの強度変化及び空間分布を検出する、ビーム出口４０に埋め込まれた第二中性子ビーム検出装置５００とをさらに含む。ビーム診断システムは、被照射体５０の変位が変位したか否かを診断するための変位検出装置６００をさらに含む。好ましく、第一中性子ビーム監視装置４００に２つの中性子ビーム監視部材、すなわち第一中性子ビーム監視部材４０１及び第二中性子ビーム監視部材４０２が設けられ、第二中性子ビーム監視装置５００に２つの中性子ビーム監視部材、すなわち第三中性子ビーム監視部材５０１及び第四中性子ビーム監視部材５０２が設けられ、変位検出装置６００に２つの変位検出部材、すなわち第一変位検出部材６０１及び第二変位検出部材６０２が設けられる。

本実施例において、第一中性子ビーム監視装置４００、第二中性子ビーム監視装置５００及び変位検出装置６００には、いずれも２つの各自の監視／検出部材が設けられるが、これらの監視／検出部材の数は必要に応じて設定することができ、４個、６個又は８個等であってもよいことは、当業者であれば周知である。中性子ビーム監視部材がビーム成形体内に（又はビーム成形体に隣接して）及び／又はビーム出口内に（又はビーム出口に隣接して）埋め込まれ、中性子ビームの強度変化及び空間分布を検出できる限り、中性子ビーム監視部材を選択可能である。変位検出部材が被照射体内に（又は被照射体に隣接して）設けられ、被照射体の変位変化が検出できる限り、変位検出部材を選択可能である。また、これらの監視／検出部材の配置位置への厳しい制限はなく、配置位置において各自の対応する検出機能を果たすことができればよい。

このように配置すると、加速器の源から被照射体の末端まで、いずれも様々な検出装置が設けられ、これらの検出装置によって中性子捕捉療法システムの各主要部品又は検出装置自身が故障しているか否かを判断する。好ましくは、加速器の源から被照射体の末端まで、加速器の源の真空管に検出装置が設けられ、中性子発生部に検出装置が設けられ、中性子発生部に隣接する中性子発生部を冷却するための冷却装置に検出装置が設けられ、ビーム成形体内に検出装置が設けられ、ビーム出口に検出装置が設けられ、被照射体に検出装置が設けられるように、検出装置が配置される。

本実施例において、第一電流検出装置１００はファラデーカップ（Ｆａｒａｄａｙ ｃｕｐ ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）であり、これは、金属製のカップ状で、荷電粒子ビームの入射強度及び安定性を検出する真空検出器であり、検出される電流は荷電粒子ビームの数を判断するために使用できる。荷電粒子ビームがファラデーカップに入ると、電流が発生する。１つの連続的な単一荷電の荷電粒子ビームについては、式１を用いて計算される。ここで、Ｎは荷電粒子の数であり、ｔは時間（秒単位）であり、Ｉは検出された電流（アンペア単位）であり、ｅは基本電荷（約１．６０×１０^−１９クーロン）である。検出された電流が１０^−９Ａ（１ｎＡ）であれば，すなわち、約60億個の荷電粒子がファラデーカップによって収集されると推定される。

当業者であれば当然分かるように、第一電流検出装置１００は、加速器真空管における荷電粒子ビームの入射強度及び安定性を検出することに適したいずれの検出装置であってもよく、例えば、壁電流検出器（Ｗａｌｌ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｍｏｎｉｔｏｒ）及びビーム電流トランス（Ｂｅａｍ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）である。

壁電流検出器では、サンプリング抵抗がセラミック隔離段の両端に接続され、ビームミラー電流がサンプリング抵抗を流れると電圧サンプリング信号が得られ、式２を用いて計算される。ここで、Ｖは検出された電圧値であり、Ｉ_ｂは荷電粒子ビームの電流であり、Ｚは特定の周波数での抵抗と等価にすることができ、壁電流検出器の等価回路は、例えば式３のように並列ＲＬＣ回路である。したがって、検出された電圧値に基づいて、ある時間帯ｔ内の荷電粒子ビームの電流を推定することができる。

ビーム電流トランスは、コア上の二次巻線によって電流信号を結合し、この信号を分析することによって元の荷電粒子ビームの電流を得ることができる。それは、交流電流トランス（ＡＣ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ、ＡＣＣＴと略称される）、高速電流トランス（Ｆａｓｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ、ＦＣＴと略称される）、共振電流トランス（Ｔｕｎｅｄ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ、ＴＣＴと略称される）、積分電流トランス（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ、ＩＣＴと略称される）及び直流電流トランス（ＤＣ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ、ＤＣＣＴと略称される）を含む。種類が多いため、以下ではビーム電流トランスについて詳細に列挙せず、ＤＣＣＴのみを例にする。ＤＣＣＴは、非線形磁気変調部品を用いて、被測定ＤＣ信号を検出のための励起信号の第二高調波に変調する。

本実施例において、第二電流検出装置２００は、検流計（ｇａｌｖａｎｏｍｅｔｅｒ）であり、その一端は中性子発生部Ｔに電気的に接続され、他端は接地され、１つの検出回路を形成する。これにより、荷電粒子ビームＰが中性子発生部Ｔに衝突する過程中の中性子発生部Ｔ上の電流を得ることができる。検流計は、通電コイルが磁場内のトルクによって偏向されるという原理に基づいて製造される。通常のメーター中のコイルは、ベアリングに配置され、バネを用いてバランスが維持され、ポインターを用いてたわみが示される。ベアリングに摩擦があるため、被検出電流は弱すぎることはできない。検流計では、ベアリングの代わりに、非常に微細な金属吊り線を用いて磁場内に掛けられる。吊り線が細くて長く、抵抗モーメントが非常に小さいため、非常に弱い電流がコイルに流れると、大きな撓みが生じる。したがって、検流計は通常の電流計よりも感度が高く、光電流、生理的電流、熱起電力等の微小電流（１０^−７〜１０^−１０Ａ）又は微小電圧（１０^−３〜１０^−６Ｖ）を測定することができる。神経活動の最初の記録は、このような機器を使用して達成することである。

当業者であれば当然わかるように、第二電流検出装置２００は、中性子発生部に隣接して中性子発生部と作用する荷電粒子ビームの強度及び変化状態を検出することに適しているいずれの検出装置であってもよく、例えば、電流計及び電圧計等である。

本実施例において、温度検出装置３００は熱電対であり、２つの異なる部材の導体（熱電対ワイヤ又は熱電極として知られている）の両端は接合され回路を形成する。接合点の温度が異なる場合、回路内に起電力が発生し、この現象は熱電効果と呼ばれ、この起電力は熱電力と呼ばれる。熱電対はこの原理を用いて温度測定を行い、そのうち、媒体温度を直接測定するための一端は作業端と呼ばれ（又は測定端とも呼ばれ）、他端はコールドエンドと呼ばれる（補償側とも呼ばれる）。コールドエンドと表示機器又はサポート機器に接続され、表示機器は熱電対が発生した熱電位を示すことができる。

当業者であれば当然わかるように、温度検出装置３００は、冷却装置内又は冷却装置に隣接して設けられて冷却装置の温度を検出し、これにより冷却装置及び中性子発生部の中性子発生状態を得るいずれの検出装置であってもよく、例えば抵抗温度計である。抵抗温度計は、温度による抵抗の温度変化特性が既知の材料で製造された温度センサを用いて、温度による導体抵抗の変化の法則に従って温度を測定する。

リアルタイム検出のできる通常の中性子監視装置には、電離箱及びシンチレータ検出器という２つの異なる検出原理がある。電離箱構造をベースとするものには、Ｈｅ−３比例計数器、ＢＦ_３比例計数器、核***遊離チャンバー、ホウ素イオン化チャンバーを含む。シンチレータ検出器は、有機材料と無機材料に分けることができ、熱中性子の使用を検出するために、シンチレータ検出器にＬｉ又はＢ等の高熱中性子捕捉断面要素を加えることが多い。要するに、このような検出器が検出する中性子エネルギーは熱中性子であることが多く、いずれも元素と中性子とが捕獲又は核***反応を発生して放出される重い荷電粒子及び核***フラグメントであり、電離箱又はシンチレータ検出器内に多数のイオン化対（ｉｏｎ ｐａｉｒ）を発生し、これらの電荷が収集された後に、適切な回路変換により、電流信号を電圧パルス信号に変換することができる。電圧パルスの大きさを分析することによって、中性子信号及びγ信号を簡単に区別することができる。ＢＮＣＴのような高強度中性子場において、イオン化チャンバー内のガス圧、核***性物質又はホウ素コーティングの濃度又はシンチレーションプローブ中の高中性子捕捉断面積要素の濃度を適切に低減することが可能であり、これにより中性子への感度を低減することができ、信号飽和の発生が回避される。

さらに好ましくは、第一中性子検出装置４００は、核***遊離チャンバー（ｆｉｓｓｉｏｎ ｃｈａｍｂｅｒ）であり、中性子ビームが核***遊離チャンバーに通過するときに、核***遊離チャンバー内部のガス分子又は核***遊離チャンバーの壁部と遊離作用を発生して、電子及び正電荷イオンを発生する。これらの電子及び正電荷イオンは、上記のイオン対と呼ばれる。核***遊離チャンバー内に電界高圧が印加されるため、電子は中央の陽極ワイヤに向けって移動し、正電荷イオンは周囲の陰極壁に向かって移動する。したがって、検出可能な電子パルス信号が発生する。ガス分子がイオン対を発生させるために必要なエネルギーは平均遊離エネルギーと呼ばれ、該値はガス種類に応じて異なる。例えば、空気の平均遊離エネルギーは約３４ｅＶである。３４０ｋｅＶの中性子ビームがあれば、ガスに約１０ｋ個のイオン対を発生させることができる。

当業者であれば当然わかるように、第一中性子ビーム監視装置４００は、ビーム成形体への埋め込めに適した、ビーム成形体内の中性子ビームの強度変化及び空間分布を検出するためのいずれの検出装置であればよく、例えば、Ｈｅ−３比例計数器、ＢＦ_３比例計数器、ホウ素イオン化チャンバー及びシンチレータ検出器等である。

さらに好ましくは、第二中性子ビーム監視装置５００は、シンチレータ検出器（ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｏｒ ｄｅｔｅｃｔｏｒ）である。ある物質は、エネルギーを吸収した後に可視光を放出でき、この物質はシンチレーション物質と呼ばれる。それは、遊離放射線を用いて結晶又は分子中の電子を励起状態に励起させ、電子が基底状態に戻る時に放出される蛍光が収集され、中性子ビーム監視に使用される。シンチレータ検出器と中性子ビームとの作用によって放射された可視光は、光電子増倍管によって可視光が電子に変換され、さらに増倍される。一般に、電子増倍率は10⁷〜10⁸まで高くなることがある。陽極から出力された電子数は入射された中性子ビームエネルギーに比例するので、シンチレータ検出器は中性子ビームのエネルギーを測定することができる。

当業者であれば当然わかるように、第二中性子ビーム監視装置５００は、ビーム出口内又はビーム出口付近に置かれる、ビーム出口箇所の中性子ビームの強度変化及び空間分布を検出するのに適したいずれの検出装置であってもよく、例えば、Ｈｅ−３比例計数器、ＢＦ_３比例計数器、ホウ素イオン化チャンバー及びシンチレータ検出器等である。

さらに好ましくは、変位検出装置６００は、赤外線信号検出器であり、赤外線検出器は人体が放射する赤外線を検出することによって作動する。検出器は、外部からの赤外線を集めて赤外線センサ上に蓄積する。赤外線検出器は、一般的に、焦電素子を採用し、この素子は赤外線の温度変化を受けて外に電荷を放出し、検出後にアラームが生成される。この検出器は、人体の放射線を検出することを目的としている。したがって、放射線に敏感な部品は、約10μm波長の赤外線について非常に敏感でなければならない。

当業者であれば当然わかるように、変位検出装置６００は、被照射体の変位変化の検出に適したいずれの検出装置であってもよく、例えば変位センサである。変位センサは、ある基準物体に対する被照射体の変位に応じて、被照射体が移動しているか否かを決定する。変位検出装置は、被照射体の変位変化を検出できるだけでなく、被照射体を固定する支持部材及び/又は治療台等の変位の変化を検出することにより、被照射体の変位変化を間接的に知ることもできることが、当業者であれば分かるであろう。

当業者であれば、第一電流検出装置、第二電流検出装置、温度検出装置、第一中性子ビーム監視装置、第二中性子ビーム監視装置及び変位検出装置の数及び検出素子はいずれもこれに限定されないことが分かるであろう。

検出及び／又は監視装置の検出結果の間の関数関係に従って、故障した部品を明確に列挙することができる。以下に、対応する検出結果に基づくいくつかの故障診断状態を示す。

第一電流検出装置１００、第二電流検出装置２００、温度検出装置３００、第一中性子ビーム監視装置４００、及び第二中性子ビーム監視装置５００のうちのいずれか１つの検出又は監視装置が異常で、他の検出又は監視装置がいずれも正常である場合、該異常の検出又は監視装置自身が故障と判断する。変位検出装置６００が異常で、他の検出装置がいずれも正常であると検出された場合、被照射体５０の変位が変化している又は変位検出装置６００が故障していると判断する。

第一電流検出装置１００、第二電流検出装置２００、温度検出装置３００、第一中性子ビーム監視装置４００及び第二中性子ビーム監視装置５００がいずれも異常であると検出された場合、加速器１０が故障していると判断される。

第二電流検出装置２００、温度検出装置３００、第一中性子ビーム監視装置４００及び第二中性子ビーム監視装置５００がいずれも異常で、第一電流検出装置１００及び変位検出装置６００がいずれも正常であると検出された場合、ビーム膨張装置２０が故障していると判断される。

温度検出装置３００、第一中性子ビーム監視装置４００及び第二中性子ビーム監視装置５００がいずれも異常で、第一電流検出装置１００、第二電流検出装置２００及び変位検出装置６００がいずれも正常であると検出された場合、中性子発生部Ｔ及び／又は冷却装置６０が故障していると判断される。

第一中性子ビーム監視装置４００及び第二中性子ビーム監視装置５００がいずれも異常で、第一電流検出装置１００、第二電流検出装置２００、温度検出装置３００及び変位検出装置６００がいずれも正常であると検出された場合、ビーム成形体３０が故障していると判断される。

第一中性子ビーム部材４０１及び第二中性子ビーム部材４０２のうちのいずれか１つの監視結果が異常である、及び／又は、第三中性子ビーム部材５０１及び第四中性子ビーム部材５０２のうちのいずれか１つの監視部材が異常であると検出された場合、異常と検出された中性子ビーム検出部材自身が故障している、又は、中性子ビームの均一度に異常があると判断する。

当業者であれば、以上の検出結果に基づく前記故障診断状態は、列挙されたいくつかの一般的な状態に過ぎず、複数の置換及び組み合わせが存在し、どの中性子捕捉療法システム又は検出装置自身にどのような故障が存在するかを判断することが依然として可能であることが当然わかるであろう。ここで、詳細に列挙しないが、このような精神に基づいて行われた変更は、いずれも本発明の発明内容に属する。

ビーム診断システムは、制御部７１０を備える制御装置７００を含む。制御部７１０は、ビーム診断システムの検出結果に基づいて人間が検知可能な信号を出力して中性子捕捉療法システムの次の作業を確認する。人間が検知可能な信号は、聴覚的、視覚的、触覚的又は嗅覚的等の人間の機能的な器官が検知可能な信号であってもよく、例えば、警報音、警報灯、振動、刺激的な臭いを放出する等の様々な信号のうちの1つ以上の形態である。好ましくは、制御装置７００は、さらに表示部７２０を含む。表示部７２０は、検出装置の検出結果及び／又は検出結果に基づく故障診断状態を表示装置上に表示するために使用される。表示装置は、テレビ又は液晶ディスプレイ等の一般的な表示装置であってもよい。制御装置のフィードバックによって、オペレータは、故障部品を容易に決定することができ、それにより中性子捕捉療法システム及び/又はビーム診断システムについて目標を持ってメンテナンス作業を行うことができる。

さらに、図５には、第一中性子ビーム監視装置の他の実施例を開示している。第一中性子ビーム監視装置には、符号４００’が付され、図面における図３と同じ装置／部材には、いずれも同じ符号が付され、また表示のしやすさから、冷却装置及び他の監視／検出装置は省略される。

第一中性子監視装置４００’は、１つ以上の中性子ビーム監視部材を含むことができ、それはビーム成形体３０に隣接して設けられ、中性子発生部Ｔでオーバーフローした中性子ビームを検出することにより、該中性子ビームの強度変化及び空間分布を直接検出することができ、また、ビーム成形体３０に隣接して設けられ、荷電粒子ビームＰと中性子発生部Ｔとの作用によって発生したγ線を検出し、γ線と中性子ビームとの間の関数関係に基づいて、中性子ビームの強度変化及び空間分布を間接検出することができる。制御装置７００’は、制御部７１０’及び表示部７２０’を含む。表示部７２０’は、検出装置４００’の検出結果及び／又は検出結果に基づく故障診断状態を表示装置上に表示するために使用される。表示装置は、テレビ又は液晶ディスプレイ等の一般的な表示装置であってもよい。制御装置のフィードバックによって、オペレータは、故障部品を容易に決定することができ、それによって目標を持って加速器１０について次の作業を行うことができる。

さらに、図６には、ビーム診断システムにおける検出中性子ビームによって照射された後に直ちに発生するγ線を検出するための放射線検出システムの平面模式図である。放射線検出装置（即ち、中性子ビームによって照射された後に直ちに発生するγ線検出装置）には、符号８００が付され、図面における図３と同じ装置／部材には、依然として同じ符号が付され、また表示のしやすさから、冷却装置及び他の検出／モニタリング装置は省略される。

γ線検出装置８００は、γ線を検出する電離箱又はシンチレータ検出器である、１つ又は複数のγ線検出部材を含んでもよい。γ線は、中性子ビームが照射された後、ホウ素中性子捕捉反応した後に直ちに発生するγ線である。測定されたプリセットされたエネルギー範囲のγカウント（ホウ素中性子捕捉反応時に発生する０．４８MeVは一例としてのみしようされる）を知ると、γ線とホウ素の濃度との間の関数関係によって、ホウ素の濃度値を推算することができる。制御装置７００’’は、制御部７１０’’と、表示部７２０’’とを含む。表示部７２０’’は、検出装置８００の検出結果及び／又は検出結果に基づいて得られた故障診断状況を表示設備上に表示するためのものである。表示設備は、テレビ又は液晶表示装置等の一般的な表示設備であってもよい。制御装置の帰還によって、操作員は故障部品を容易に決定することができるので、加速器１０に対して次の作業が目標的に行われる。

「中性子ビームによって照射された後に直ちに発生するγ線」は、中性子ビームが他の元素と中性子捕捉核反応する時に発生するγ線を指し、他の元素はホウ素−１０元素に限定されず、他の元素、例えば、本分野では公知である、中性子捕捉核反応時にγ線を発生できる元素も本定義に含まれる。本発明の実施例において、「中性子ビームによって照射された後に直ちに発生するγ線」は、中性子ビームがホウ素−１０元素とホウ素中性子捕捉反応する時に発生するγ線である。

好ましくは、前記ホウ素の濃度値は、公式Ａによって推算される。

ここで、Ｂ（ｔ）は、時間ｔの時のホウ素の濃度値であり、単位はｐｐｍである。時間ｔの単位はｓであり、ｋは被測定値である。ＧＣ（ｔ）は、時間ｔの時のプリセットのエネルギーゾーンの検出されたγ線の総カウントからバックグラウンドに存在するγ線のカウントを差し引いたものである。前記ｋは、公式Ｂによって推算される。

ここで、Ｂ（ｔ_０）は、時間ｔ_０の時のホウ素の濃度値であり、単位はｐｐｍである。時間ｔ_０の単位はｓである。ＧＣ（ｔ_０）は、時間ｔ_０の時のプリセットのエネルギーゾーンの検出されたγ線の総カウントからバックグラウンドに存在するγ線のカウントを差し引いたものである。前記Ｂ（ｔ_０）は、公式Ｃによって推算される。

ここで、Ｂ_血（ｔ_０）は、時間ｔ_０の時に測量計算される血液におけるホウ素の濃度値であり、単位はｐｐｍである。Ｒ_T/Nは、ＰＥＴ、実験データ又は理論的根拠に基づいて知ることができる腫瘍におけるホウ素の濃度と正常な組織におけるホウ素の濃度との比率である。

どの検出装置又はモニタリング装置が故障しているかを正確的に判断するために、以下の検出値と標準値とが大きく異なる時に、対応する検出装置又はモニタリング装置に異常があることが説明できる。

時間ｔの時の腫瘍線量率Ｄ_Ｔ（ｔ）は公式Ｄによって推算される。

ここで、Ｄ_Ｔ（ｔ）の単位はｗ−Ｇｙ／ｓである。Ｄ_Ｂ（ｔ）は時間ｔの時のホウ素の線量率であり、単位はｗ−Ｇｙ／ｓである。Ｄ_ｎ（ｔ）は時間ｔの時の中性子の線量率であり、単位はｗ−Ｇｙ／ｓである。Ｄ_γ（ｔ）は時間ｔの時の光子の線量率であり、単位はｗ−Ｇｙ／ｓである。前記Ｄ_Ｂ（ｔ）は公式Ｅによって推算される。

前記Ｄ_ｎ（ｔ）は公式Ｆによって推算される。

前記Ｄ_γ（ｔ）は公式Ｇによって推算される。

ここで、Ｄ_Ｂ,ref、Ｄ_ｎ,ref、Ｄ_{γ，nbcap,ref}とＤ_γ,bcap,ref はそれぞれ治療計画システムにおけるホウ素の線量率の既定の参考値又は校正された既定の参考値、中性子の線量率の既定の参考値、非ホウ素中性子捕捉反応による光子の線量率の既定の参考値とホウ素中性子捕捉反応による光子の線量率の既定の参考値であり、単位はいずれもｗ−Ｇｙ／ｓである。Ｓ_ｎ（ｔ）は時間ｔの時の中性子モニタリング装置の中性子ビームの強度の示度であり、単位はカウント又は放射線検出装置によって選択可能な示度である。Ｓ_n,refは治療計画システムにおける中性子ビームの強度の既定値又は校正された中性子ビームの強度の既定値である。Ｂ_血（ｔ）は測量される血液試料検体における時間ｔのホウ素の濃度値であり、単位はｐｐｍである。Ｂ_血,refは治療計画システムにおけるホウ素の濃度の既定値又は校正されたホウ素の濃度の既定値であり、単位はｐｐｍである。ｆ（Ｂ_血（ｔ），Ｂ_血,ref）はホウ素の濃度と腫瘍線量との間の非線形関係を修正するように治療計画によって予め計算して得られる関数である。

好ましくは、時間ｔの時の腫瘍線量率は次の公式Ｈから算出することもできる。

ここで、Ｓ_Ｂ（ｔ）は時間ｔの時の放射線検出装置の示度であり、単位はカウント又は放射線検出装置によって選択可能な示度である。Ｓ_Ｂ（ｔ）は、次の公式Ｉから推算され、Ｃは、公式Jから推算される計算値である。

ここで、Ｎ_NB,refは治療計画におけるホウ素中性子捕捉反応の発生する回数の参考値であり、ｋ_BGはバックグラウンドに対する修正であり、σは放射線検出装置の検出效率である。Ｓ_ｎ（ｔ_０）は時間ｔ_０の時の中性子モニタリング装置の中性子ビームの強度の示度であり、単位はカウント又は放射線検出装置によって選択可能な示度である。Ｂ_血（ｔ_０）は測量される血液試料検体における時間ｔ_０のホウ素の濃度値であり、単位はｐｐｍである。ｆ（Ｂ_血（ｔ_０），Ｂ_血,ref）はホウ素の濃度と腫瘍線量との間の非線形関係を修正するように治療計画によって予め計算して得られる関数である。Ｓ_Ｂ（ｔ_０）は照射初期に設定された放射線検出装置の示度であり、単位はカウント又は放射線検出装置によって選択可能な示度である。

図７に、本実施例におけるホウ素の濃度Ｂ_血（ｔ）と腫瘍線量Ｂ_腫瘍（ｔ）との間の関数の関係図を示す。好ましくは、１．７×１０^１１ｎ／sの中性子の照射源強度に基づき、次の公式Ｋによってホウ素の濃度と腫瘍線量との間の非線形関係を推算することによって、本中性子捕捉療法システムにおいて、ホウ素の濃度と腫瘍線量との間の非線形関係を効果的に修正し、治療計画の精度を向上させることができる。

当業者には周知のように、図７に示されるホウ素の濃度Ｂ_血（ｔ）と腫瘍線量Ｂ_腫瘍（ｔ）との間の関数関係は、公式Ｋで示される式に限定されず、経験値によって、このようなホウ素の濃度Ｂ_血（ｔ）と腫瘍線量Ｂ_腫瘍（ｔ）との間の非線形関数関係が定式化されてもよい。図７に示されるホウ素の濃度Ｂ_血（ｔ）と腫瘍線量Ｂ_腫瘍（ｔ）との間の関数関係は、１．７×１０^１１ｎ／sの中性子の照射源強度を基礎として導き出されるにも限定されず、経験によって異なる中性子照射源の強度に基づいて、異なる関数関係が得られる可能性がある。本発明の実施例における中性子捕捉療法システムでは、治療計画の精度を向上させるように、ホウ素の濃度と腫瘍線量との間の非線形関数関係を修正することができる。

説明する必要があるのは、中性子モニタリング装置と放射線検出装置とは、いずれもヒステリシス効果の校正を行うべきである。
本発明の実施例の別の態様は、中性子捕捉療法システムの中性子ビームの照射線量の精度を向上させ、及び、故障部位をリアルタイムに発見することができる中性子捕捉療法システムに用いられる放射線検出方法であって、当該放射線検出方法は上記の放射線検出システムにも相互的に対応する中性子捕捉療法システムに用いられる放射線検出方法を提供することにある。

以上のことをまとめると、第一中性子ビームモニタリング装置は、ビーム成形体内に設けられても、ビーム成形体の外に設けられても、設置箇所でビーム成形体内の中性子ビームの強度変化及び空間分布を検出するために用いられる装置であれば、選択可能である。

本願に開示する中性子捕捉療法システムは以上の実施例における前記内容及び図面に示される構造に限定されない。本発明に基づく、構成部材の材料、形状及び位置に対する顕著な変更、置換又は修正は、いずれも本願の保護されるべき範囲内にある。

Claims (11)

1. 荷電粒子ビームと、前記荷電粒子ビームを通過させるための荷電粒子ビーム入口と、前記荷電粒子ビームと核反応することにより中性子ビームを発生させる中性子発生部と、前記中性子発生部による中性子ビームのフラックスと品質を調整するためのビーム成形体と、前記ビーム成形体に隣接するビーム出口と、を含む中性子捕捉療法システムに用いられる放射線検出システムであって、
   中性子ビームによって照射された後に直ちに発生するγ線をリアルタイムに検出するために用いられる放射線検出装置を含むことを特徴とする、
   中性子捕捉療法システムに用いられる放射線検出システム。
2. 前記放射線検出システムは、前記中性子捕捉療法システムの次の作業を確認するように、前記放射線検出装置の検出結果に基づいて人間の感知する信号を発信する制御装置を更に含み、
   前記制御装置は、表示部と、前記放射線検出システムの検出結果を前記表示部によって表示すると共に、前記加速器の次の作業を確認するように検出結果を前記加速器に帰還する制御部と、を含むことを特徴とする、
   請求項１に記載の中性子捕捉療法システムに用いられる放射線検出システム。
3. 前記放射線検出装置は、γ線を検出する電離箱又はシンチレータ検出器であり、
   前記放射線検出システムは、検出されたγ信号によってホウ素の濃度値を推算することを特徴とする、
   請求項１又は２に記載の中性子捕捉療法システムに用いられる放射線検出システム。
4. 前記ホウ素の濃度値は、公式Ａによって推算され、
   

   

   ここで、Ｂ（ｔ）は、時間ｔの時のホウ素の濃度値であって、単位はｐｐｍであり、時間ｔの単位はｓであり、ｋは被測定値であり、ＧＣ（ｔ）は、時間ｔの時のプリセットのエネルギーゾーンの検出されたγ線の総カウントからバックグラウンドに存在するγ線のカウントを差し引いたものであり、前記ｋは公式Ｂによって推算され、
   

   

   ここで、Ｂ（ｔ_０）は、時間ｔ_０の時のホウ素の濃度値であって、単位はｐｐｍであり、時間ｔ_０の単位はｓであり、ＧＣ（ｔ_０）は、時間ｔ_０の時のプリセットのエネルギーゾーンの検出されたγ線の総カウントからバックグラウンドに存在するγ線のカウントを差し引いたものであり、前記Ｂ（ｔ_０）は公式Ｃによって推算され、
   

   

   ここで、Ｂ_血（ｔ_０）は、時間ｔ_０の時に測量計算される血液におけるホウ素の濃度値であって、単位はｐｐｍであり、Ｒ_T/Nは、ＰＥＴ、実験データ又は理論的根拠に基づいて知ることができる腫瘍におけるホウ素の濃度と正常な組織におけるホウ素の濃度との比率であることを特徴とする、
   請求項３に記載の中性子捕捉療法システムに用いられる放射線検出システム。
5. 時間ｔの時の腫瘍線量率Ｄ_Ｔ（ｔ）は公式Ｄによって推算され、
   

   

   ここで、Ｄ_Ｔ（ｔ）の単位はｗ−Ｇｙ／ｓであり、Ｄ_Ｂ（ｔ）は、時間ｔの時のホウ素の線量率であって、単位はｗ−Ｇｙ／ｓであり、Ｄ_ｎ（ｔ）は、時間ｔの時の中性子の線量率であって、単位はｗ−Ｇｙ／ｓであり、Ｄ_γ（ｔ）は、時間ｔの時の光子の線量率であって、単位はｗ−Ｇｙ／ｓであり、前記Ｄ_Ｂ（ｔ）は公式Ｅによって推算され、
   

   

   前記Ｄ_ｎ（ｔ）は公式Ｆによって推算され、
   

   

   前記Ｄ_γ（ｔ）は公式Ｇによって推算され、
   

   

   ここで、Ｄ_Ｂ,ref、Ｄ_ｎ,ref、Ｄ_{γ，nbcap,ref}とＤ_γ,bcap,refは、それぞれ治療計画システムにおけるホウ素の線量率の既定の参考値又は校正された既定の参考値、中性子の線量率の既定の参考値、非ホウ素中性子捕捉反応による光子の線量率の既定の参考値とホウ素中性子捕捉反応による光子の線量率の既定の参考値であって、単位はいずれもｗ−Ｇｙ／ｓであり、Ｓ_ｎ（ｔ）は、時間ｔの時の中性子モニタリング装置の中性子のビーム強度の示度であって、単位はカウント又は放射線検出装置によって選択可能な示度であり、Ｓ_n,refは、治療計画システムにおける中性子ビームの強度の既定値又は校正された中性子ビームの強度の既定値であり、Ｂ_血（ｔ）は、測定される血液試料検体中における時間ｔのホウ素の濃度値であって、単位はｐｐｍであり、Ｂ_血,refは、治療計画システムにおけるホウ素の濃度の既定値又は校正されたホウ素の濃度の既定値であって、単位はｐｐｍであり、ｆ（Ｂ_血（ｔ），Ｂ_血,ref）は、ホウ素の濃度と腫瘍線量との間の非線形関係を修正するように治療計画によって予め計算して得られる関数である、ことを特徴とする、
   請求項４に記載の中性子捕捉療法システムに用いられる放射線検出システム。
6. 中性子捕捉療法システムに用いられる放射線検出方法であって、
   前記中性子捕捉療法システムは、荷電粒子ビームと、前記荷電粒子ビームを通過させるための荷電粒子ビーム入口と、前記荷電粒子ビームと核反応することにより中性子ビームを発生させる中性子発生部と、前記中性子発生部による中性子ビームのフラックスと品質を調整するためのビーム成形体と、前記ビーム成形体に隣接するビーム出口と、を含み、
   前記中性子発生部は、前記ビーム成形体内に収納され、放射線検出システムは、放射線検出装置を含み、前記検出方法は、前記放射線検出装置によって前記中性子ビームが照射された後に直ちに発生するγ線をリアルタイムに検出することを含む検出工程を有することを特徴とする、
   中性子捕捉療法システムに用いられる放射線検出方法。
7. 前記放射線検出システムは、制御部と表示部とを含む制御装置を更に含み、
   前記検出方法は、
   前記検出工程における検出結果に基づいて制御部が前記中性子捕捉療法システムの次の作業を制御する制御工程を含み、
   前記検出工程における検出結果を前記表示部によって表示する表示工程を更に含む、ことを特徴とする、
   請求項６に記載の中性子捕捉療法システムに用いられる放射線検出方法。
8. 前記検出方法は、前記検出工程における検出結果に基づいてホウ素の濃度値を推算する推算工程を含むことを特徴とする、
   請求項６又は７に記載の中性子捕捉療法システムに用いられる放射線検出方法。
9. 前記ホウ素の濃度値は公式Ａによって推算され、
   

   

   ここで、Ｂ（ｔ）は、時間ｔの時のホウ素の濃度値であって、単位はｐｐｍであり、時間ｔの単位はｓであり、ｋは被測定値であり、ＧＣ（ｔ）は、時間ｔの時のプリセットのエネルギーゾーンの検出されたγ線の総カウントからバックグラウンドに存在するγ線のカウントを差し引いたものであり、前記ｋは公式Ｂによって推算され、
   

   

   ここで、Ｂ（ｔ_０）は、時間ｔ_０の時のホウ素の濃度値であって、単位はｐｐｍであり、時間ｔ_０の単位はｓであり、ＧＣ（ｔ_０）は、時間ｔ_０の時のプリセットのエネルギーゾーンの検出されたγ線の総カウントからバックグラウンドに存在するγ線のカウントを差し引いたものであり、前記Ｂ（ｔ_０）は公式Ｃによって推算され、
   

   

   ここで、Ｂ_血（ｔ_０）は、時間ｔ_０の時に測量計算される血液におけるホウ素の濃度値であって、単位はｐｐｍであり、Ｒ_T/Nは、ＰＥＴ、実験データ又は理論的根拠に基づいて知ることができる腫瘍におけるホウ素の濃度と正常な組織におけるホウ素の濃度との比率であることを特徴とする、
   請求項８に記載の中性子捕捉療法システムに用いられる放射線検出方法。
10. 時間ｔの時の腫瘍線量率ＤＴ（ｔ）は公式Ｄによって推算され、
    

    

    ここで、Ｄ_Ｔ（ｔ）の単位はｗ−Ｇｙ／ｓであり、Ｄ_Ｂ（ｔ）は、時間ｔの時のホウ素の線量率であって、単位はｗ−Ｇｙ／ｓであり、Ｄ_ｎ（ｔ）は、時間ｔの時の中性子の線量率であって、単位はｗ−Ｇｙ／ｓであり、Ｄ_γ（ｔ）は、時間ｔの時の光子の線量率であって、単位はｗ−Ｇｙ／ｓであり、前記Ｄ_Ｂ（ｔ）は公式Ｅによって推算され、
    

    

    前記Ｄ_ｎ（ｔ）は公式Ｆによって推算され、
    

    

    前記Ｄ_γ（ｔ）は公式Ｇによって推算され、
    

    

    ここで、Ｄ_Ｂ,ref、Ｄ_ｎ,ref、Ｄ_{γ，nbcap,ref}とＤ_γ,bcap,refは、それぞれ治療計画システムにおけるホウ素の線量率の既定の参考値又は校正された既定の参考値、中性子の線量率の既定の参考値、非ホウ素中性子捕捉反応による光子の線量率の既定の参考値とホウ素中性子捕捉反応による光子の線量率の既定の参考値であって、単位はいずれもｗ−Ｇｙ／ｓであり、Ｓ_ｎ（ｔ）は、時間ｔの時の中性子モニタリング装置の中性子ビームの強度の示度であって、単位はカウント又は放射線検出装置によって選択可能な示度であり、Ｓ_n,refは、治療計画システムにおける中性子ビームの強度の既定値又は校正された中性子ビームの強度の既定値であり、Ｂ_血（ｔ）は、測定される血液試料検体中における時間ｔのホウ素の濃度値であって、単位はｐｐｍであり、Ｂ_血,refは、治療計画システムにおけるホウ素の濃度の既定値又は校正されたホウ素の濃度の既定値であり、単位はｐｐｍであり、ｆ（Ｂ_血（ｔ），Ｂ_血,ref）はホウ素の濃度と腫瘍線量との間の非線形関係を修正するように治療計画によって予め計算して得られる関数である、ことを特徴とする、
    請求項９に記載の中性子捕捉療法システムに用いられる放射線検出方法。
11. 荷電粒子ビームと、前記荷電粒子ビームを通過させるための荷電粒子ビーム入口と、前記荷電粒子ビームと核反応することにより中性子ビームを発生させる中性子発生部と、前記中性子発生部による中性子ビームのフラックスと品質を調整するためのビーム成形体と、前記ビーム成形体に隣接するビーム出口と、を含み、
    ホウ素の濃度と腫瘍線量との間の非線形関係を修正することを特徴とする、
    中性子捕捉療法システム。

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