JP6699004B2 - 中性子捕捉療法システム及び中性子捕捉療法システムの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、中性子捕捉療法システム及び当該システムの制御方法に関する。

がん治療等における放射線治療法の１つとして、中性子線の照射によりがん治療を行うホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ；Boron Neutron Capture Therapy）がある。ホウ素中性子捕捉療法では、ホウ素を含む薬剤を投与した患者の患部に中性子線を照射することで、がん細胞内でホウ素と中性子とが反応してアルファ線等が放出される。このアルファ線等によりがん細胞等が破壊される。

国際公開第２０１２／０１４６７１号

ホウ素中性子捕捉療法は、中性子線とホウ素との反応を利用するため、患者体内の薬剤濃度をリアルタイムに測定することが望まれる。薬剤濃度の測定方法には、例えば、患者から血液を採取して、当該血液中における薬剤濃度を測定する方法がある。しかし、この方法では、１回の測定に１５分程度の時間を要するため、患者体内の薬剤濃度をリアルタイムに測定することができない。

そこで、薬剤濃度をリアルタイムに測定する方法として、断層画面を利用して患者体内に投与した放射性同位元素の分布を評価するシングルフォトエミッション法（ＳＰＥＣＴ法）の適用が検討されている。ホウ素中性子捕捉療法にＳＰＥＣＴ法を適用する場合には、中性子線とホウ素との反応によって生じるガンマ線を利用する。しかし、患者に中性子線を照射すると、中性子線とホウ素との反応に伴うガンマ線の他に別の要因に伴うガンマ線も発生する。従って、ＳＰＥＣＴ法を用いてガンマ線を測定することでは、薬剤濃度の算出精度を向上させ難かった。

本発明は、ホウ素を含む薬剤濃度の算出精度の向上を図ることが可能な中性子捕捉療法システム及び当該システムの制御方法を提供することを目的とする。

本発明の一形態は、ホウ素を含む薬剤が投与された被照射体へ中性子線を照射する中性子捕捉療法システムであって、被照射体へ中性子線を照射する中性子線照射部と、中性子線の照射により被照射体から放出されるガンマ線に関する第１のガンマ線情報を取得するガンマ線情報取得部と、第１のガンマ線情報を利用して、被照射体内における薬剤の濃度を算出する薬剤濃度算出部と、を備え、ガンマ線情報取得部は、被照射体が配置される領域を挟んで対となる位置に設けられた一対の検出器を有し、薬剤濃度算出部は、第１のガンマ線情報から検出器のそれぞれで同時時刻に検出された所定のエネルギーのガンマ線に関する第２のガンマ線情報が除かれた第３のガンマ線情報を利用して、薬剤の濃度を算出する。

ホウ素を含む薬剤が投与された被照射体に中性子線を照射すると、薬剤と中性子線との反応に伴うガンマ線と、別の要因に伴う成分を含むガンマ線とが発生する。中性子捕捉療法システムは、薬剤と中性子線との反応に伴うガンマ線の線量を利用して薬剤濃度を算出するが、別の要因に伴う成分を含むガンマ線は薬剤濃度の算出においてノイズになり得る。中性子捕捉療法システムにおいて、ノイズになり得るガンマ線の情報は、一対の検出器のそれぞれに対して同時時刻に入射した所定のエネルギーのガンマ線に関する第２のガンマ線情報として取得され、第１のガンマ線情報から除かれている。従って、第２のガンマ線情報が除かれた第３のガンマ線情報は、ノイズとなり得るガンマ線に関する情報が除かれている。そして、薬剤濃度算出部は、ノイズとなり得るガンマ線に関する情報が除かれた第３のガンマ線情報を利用して、薬剤の濃度を算出しているので、リアルタイム計測における薬剤濃度の算出精度を向上させることができる。

また、所定のエネルギーは、５１１ｋｅＶであり、第３のガンマ線情報は、４７８ｋｅＶのエネルギーを有するガンマ線に関する情報であってもよい。被照射体に中性子線が照射されると、被照射体内に取り込まれたホウ素と中性子線とが反応して、アルファ線及びリチウムが放出される。放出されたリチウムからは、エネルギーが４７８ｋｅＶであるガンマ線が放出される。従って、エネルギーが４７８ｋｅＶであるガンマ線の線量は、ホウ素を含む薬剤濃度に対応している。一方、被照射体に中性子線が照射されると、被照射体に含まれた粒子と中性子線との反応により電子及び陽電子が発生し、また、中性子線と粒子（水素、窒素等）との反応により生じる高エネルギー（１ＭｅＶ以上）のガンマ線と物質（被照射体や装置中の鉛等の構造物）との反応により電子及び陽電子が発生する。そして、これらの電子および陽電子の対消滅が生じる。この対消滅では、エネルギーが５１１ｋｅＶであるガンマ線が放出される。この対生成は、ホウ素とは別の粒子と中性子線とが反応して生じることもある。従って、エネルギーが５１１ｋｅＶであるガンマ線は、薬剤と中性子線との反応とは別の要因に伴う成分を含むため、エネルギーが５１１ｋｅＶであるガンマ線は、薬剤濃度を算出する場合にはノイズとなり得る。そこで、中性子捕捉療法システムでは、ノイズとなり得るエネルギーが５１１ｋｅＶであるガンマ線に関する情報を除き、薬剤と中性子線との反応に伴うエネルギーが４７８ｋｅＶであるガンマ線に関する情報を利用しているので、ホウ素を含む薬剤濃度の算出精度を向上させることができる。

また、ガンマ線情報取得部は、被照射体が配置される領域と検出器との間に配置されたコリメータを更に備えてもよい。このコリメータは、被照射体から放出されるガンマ線を透過し、被照射体に由来しないガンマ線を遮蔽する。従って、検出器から出力されるガンマ線情報の信号ノイズ比を高めることができる。

本発明の別の形態は、ホウ素を含む薬剤が投与された被照射体へ中性子線を照射する中性子捕捉療法システムの制御方法であって、被照射体へ中性子線を照射する工程と、被照射体が配置される領域を挟んで対となる位置に設けられた一対の検出器を利用して、中性子線の照射により被照射体から放出されるガンマ線に関する第１のガンマ線情報を取得する工程と、第１のガンマ線情報から検出器のそれぞれで同時時刻に検出された所定のエネルギーのガンマ線に関する第２のガンマ線情報が除かれた第３のガンマ線情報を利用して、薬剤の濃度を算出する工程と、を有する。

この制御方法によれば、中性子捕捉療法システムと同様に、リアルタイム計測におけるホウ素を含む薬剤濃度の算出精度を向上させることができる。

本発明によれば、ホウ素を含む薬剤濃度の算出精度の向上を図ることが可能な中性子捕捉療法システム及び当該システムの制御方法が提供される。

本発明の一実施形態の中性子捕捉療法システムを示す概略図である。 本発明の一実施形態の中性子捕捉療法システムを示すブロック図である。 図１における薬剤濃度算出部を示すブロック図である。 本発明の一実施形態における中性子捕捉療法システムの制御方法の主要なステップを示すフローチャートである。 患者から放出されるガンマ線のスペクトルを示すグラフである。 変形例に係る中性子捕捉療法システムが備えるガンマ線情報取得部を示す斜視図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に示される中性子捕捉療法システム１は、ホウ素中性子捕捉療法を用いたがん治療を行うシステムである。中性子捕捉療法システム１は、例えばホウ素（^１０Ｂ）を含む薬剤が投与された患者（被照射体）Ｍの腫瘍に中性子線Ｎを照射する。

中性子捕捉療法システム１は、加速器２、ビーム輸送装置３、中性子線照射部４、及び薬剤投与部１７を備える。加速器２は例えばサイクロトロンである。加速器２は、水素イオン等の荷電粒子を加速して、陽子線（陽子ビーム）を荷電粒子線Ｐとして作り出す。ここで加速器２は、例えば、ビーム半径が４０ｍｍであり、６０ｋＷ（＝４０ＭｅＶ×２ｍＡ）の荷電粒子線Ｐを生成する能力を有する。なお、加速器２は、サイクロトロンに限られず、例えばシンクロトロン、シンクロサイクロトロン、ライナック等でもよい。

加速器２から出射された荷電粒子線Ｐは、ビーム輸送装置３に導入される。ビーム輸送装置３は、ビームダクト５、四極電磁石６、電流モニタ７及び走査電磁石８を有する。ビームダクト５の一端側には加速器２が接続され、ビームダクト５の他端側には中性子線照射部４が接続される。荷電粒子線Ｐは、ビームダクト５内を通り、中性子線照射部４に向かって進行する。

四極電磁石６は、ビームダクト５に沿って複数設けられ、電磁石を用いて荷電粒子線Ｐのビーム軸調整を行う。電流モニタ７は荷電粒子線Ｐの電流値（電荷、照射線量率）をリアルタイムで検出する。電流モニタ７には、荷電粒子線Ｐ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。すなわち、電流モニタ７は、荷電粒子線Ｐに接触することなく（非接触で）、荷電粒子線Ｐの電流値を検出することができる。なお、「線量率」とは、単位時間当たりの線量を意味する。

電流モニタ７は、具体的には、中性子線照射部４のターゲット９に照射される荷電粒子線Ｐの電流値を精度よく検出するため、四極電磁石６による影響を排除すべく、四極電磁石６より下流側（荷電粒子線Ｐの下流側）で走査電磁石８の直前に設けられている。すなわち、走査電磁石８はターゲット９に対して常時同じところに荷電粒子線Ｐが照射されないように走査するため、電流モニタ７を走査電磁石８よりも下流側に配設するには大型の電流モニタ７が必要となる。これに対し、電流モニタ７を走査電磁石８よりも上流側に設けることで、電流モニタ７を小型化することができる。

走査電磁石８は、荷電粒子線Ｐを走査させ、ターゲット９に対する荷電粒子線Ｐの照射制御を行うものである。この走査電磁石８は、荷電粒子線Ｐのターゲット９に対する照射位置を制御する。

中性子線照射部４は、荷電粒子線Ｐがターゲット９に照射されることにより中性子線Ｎを発生させ、患者Ｍに向かって中性子線Ｎを出射する。中性子線照射部４は、ターゲット９、遮蔽体１０、減速材１１及びコリメータ１２を備えている。

ターゲット９は、荷電粒子線Ｐの照射を受けて中性子線Ｎを生成する。ここでのターゲット９は、例えば、ベリリウム（Ｂｅ）、リチウム（Ｌｉ）、タンタル（Ｔａ）、又はタングステン（Ｗ）等により形成され、例えば直径１６０ｍｍの円板状を成している。ターゲット９は、円板状に限らず、他の固体形状でもよく、液状のもの（液体金属）を用いてもよい。

減速材１１は、ターゲット９で生成された中性子線Ｎを減速させて、中性子線Ｎのエネルギーを低下させるものである。減速材１１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１１Ａ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１１Ｂと、からなる積層構造を有している。

遮蔽体１０は、発生させた中性子線Ｎ、当該中性子線Ｎの発生に伴ってターゲット９にて生じたガンマ線等の二次的な放射線、及び中性子線Ｎが減速材１１によって減速される際に減速材１１にて生じるガンマ線等の二次的な放射線を遮蔽し、これらの放射線が患者Ｍが居る照射室側へ放出されることを抑制する。遮蔽体１０は、減速材１１を囲むように設けられている。

コリメータ１２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１２ａを有する。コリメータ１２は、例えば中央に開口１２ａを有するブロック状の部材である。

薬剤投与部１７は、患者Ｍへの中性子線Ｎの照射中に、患者Ｍへホウ素（^１０Ｂ）を含む薬剤を投与する。薬剤投与部１７は、ホウ素を含む薬剤を送り出す送出部と、患者へ指す針部と、送出部と針部とを接続してホウ素を含む薬剤を輸送する輸送部と、等を有する。中性子線Ｎとの反応により患者Ｍの体内のホウ素は減少するため、薬剤投与部１７は、中性子線Ｎの照射中に患者Ｍへホウ素を供給して補充する。

中性子捕捉療法システム１は制御装置２０（図２参照）を備える。制御装置２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等から構成されており、中性子捕捉療法システム１を総合的に制御する電子制御ユニットである。

中性子捕捉療法システム１は、ガンマ線情報取得部３０と、薬剤濃度算出部４０を更に備える。ガンマ線情報取得部３０は、患者Ｍから放出されるガンマ線に関する情報を取得する。薬剤濃度算出部４０は、当該情報を利用して、患者Ｍにおけるホウ素濃度（薬剤濃度）を算出する。これらガンマ線情報取得部３０及び薬剤濃度算出部４０は、単一エネルギーのガンマ線を測定して、ホウ素濃度の分布を測定するホウ素分布計測システム（ＰＧ（Ｐｒｏｍｐｔ−γ）−ＳＰＥＣＴ（Single Photon Emission Computed Tomography））を構成する。

ここで、患者Ｍから放出されるガンマ線について説明する。図５（ａ）及び図５（ｂ）は、中性子線Ｎを患者Ｍに照射したときに患者Ｍから放出されるガンマ線のスペクトルを示すグラフＡ１，Ａ２である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のエリアＳを拡大したものである。図５（ａ）及び図５（ｂ）の横軸は、ガンマ線のエネルギーを示す。縦軸は単位時間に検出されたカウント数を示す。図５（ａ）に示されるように、患者Ｍに中性子線Ｎを照射した場合、互いにエネルギーが異なる複数の種類のガンマ線Ｇ１〜Ｇ５が放出される。これら複数の種類のガンマ線Ｇ１〜Ｇ５は、第１のガンマ線情報として示される。これらガンマ線Ｇ１〜Ｇ５のうち、本実施形態では、ガンマ線Ｇ１とガンマ線Ｇ２に注目する。なお、以下の説明において、患者Ｍから放出されるガンマ線Ｇ１〜Ｇ５を、ガンマ線Ｇと記載する。

ガンマ線Ｇ１は、エネルギーが４７８ｋｅＶであり、ホウ素（薬剤）と中性子との反応により生じる。具体的には、ホウ素と中性子線Ｎとが反応すると、アルファ線及びリチウムが放出される。放出されたリチウムは励起状態であり、この励起状態から基底状態へ遷移するときに、エネルギーが４７８ｋｅＶであるガンマ線が放出される。このガンマ線Ｇ１に関する情報は、第３のガンマ線情報として示される。

ガンマ線Ｇ２は、エネルギーが５１１ｋｅＶである。ガンマ線Ｇ１（４７８ｋｅＶ）の近傍に存在する。ガンマ線Ｇ２は、一対のガンマ線であり、その進行方法は互いに逆方向（１８０度）であり、５１１ｋｅＶのエネルギーを有する。このガンマ線Ｇ２に関する情報は、第２のガンマ線情報として示される。このガンマ線Ｇ２は、２つの発生機構が考えられている。まず、第１に、粒子（原子核）と中性子等の反応により生じるβ＋崩壊に伴う陽電子に起因するものがある。この場合において、粒子と中性子等との反応は、いずれの元素における原子核が対象になるのか不明である。もう一つは、ガンマ線と物質(被照射体、鉛等の構成物)との相互作用で対生成された陽電子に起因するものである。この場合のガンマ線は、中性子と粒子（水素、窒素等）の反応によって発生し、１ＭｅＶ以上のエネルギーを有する。この発生機構は、ガンマ線に起因するものであり、物質のあるところではどこでも発生し得る。

図１に示されるように、ガンマ線情報取得部３０は、薬剤濃度算出部４０と接続され、取得した第１のガンマ線情報を薬剤濃度算出部４０に出力する。ガンマ線情報取得部３０は、一対の検出器３１ａ，３１ｂと、コリメータ３２と、を有する。検出器３１ａ，３１ｂは、ガンマ線Ｇを検出した時に、パルス信号のような計数が可能な信号を出力するものであり、シンチレータ、電離箱、その他様々なガンマ線検出機器を使用することができる。検出器３１ａ，３１ｂは、患者Ｍが配置される領域Ｒを挟むように、患者Ｍの腫瘍の近傍おいて配置されている。例えば、検出器３１から患者Ｍまでの距離は、４０ｃｍ程度である。そして、検出器３１ａ，３１ｂは、コリメータ１２の開口１２ａの中心軸線周りに所定の速度で回転可能に構成されている。

コリメータ３２は、患者Ｍが配置される領域Ｒと検出器３１ａとの間に配置され、検出器３１ａとの相対的な位置関係を維持しつつ、検出器３１ａと共に回転可能な構成を有する。従って、患者Ｍから放出されたガンマ線Ｇは、コリメータ３２を介して検出器３１ａに入射する。コリメータ３２は、患者Ｍに由来しないノイズとなり得るバックグラウンドのガンマ線が検出器３１ａに入射することを抑制する。コリメータ３２は、鉛板により形成された本体と、本体に設けられた複数の細孔と、を有する。細孔は、患者Ｍから検出器３１に向かう方向に沿って、本体を貫通する。なお、コリメータ３２は、複数の細孔を有する構成に限定されることはなく、検出器３１ａに対するバックグラウンドのガンマ線の入射を抑制し得える種々の構成を採用し得る。例えば、コリメータ３２は、いわゆるピンホールタイプと呼ばれる構成を有するものであってもよい。

薬剤濃度算出部４０は、中性子線Ｎの照射中に患者Ｍの体内におけるホウ素濃度をリアルタイムで測定する。薬剤濃度算出部４０は、中性子線Ｎとホウ素との反応で生じるガンマ線Ｇ１（４７８ｋｅｖ）に関する情報（第３のガンマ線情報）を利用して、ホウ素濃度を算出する。図３に示されるように、薬剤濃度算出部４０は、同時計数回路４１、ノイズ判定部４２、カウンタ４３及び濃度演算部４４を有する。

同時計数回路４１は、２個の入力端子４１ａ，４１ｂを有し、入力端子４１ａ，４１ｂの両方へ同時時刻に信号が入力されたときに信号を出力する回路である。ここでいう「同時時刻」とは、厳密な同時時刻に限られることはなく、予め設定された期間内（例えば、１０^−８秒間）に入力端子４１ａ，４１ｂの両方へ信号が入力された場合も含む。同時計数回路４１の入力端子４１ａには検出器３１ａが接続され、入力端子４１ｂには検出器３１ｂが接続される。そして、同時計数回路４１は、入力端子４１ａ，４１ｂのそれぞれに検出器３１ａ，３１ｂから同時に信号が入力されたとき、信号をノイズ判定部４２へ出力する。入力端子４１ａ，４１ｂのいずれか一方に信号が入力されたとき、換言すると、それぞれの入力端子４１ａ，４１ｂへの信号の入力が同時と判定されないときには、信号を出力しない。同時計数回路４１から出力される信号は、検出器３１ａ，３１ｂで検出されたガンマ線Ｇが、対消滅により発生したガンマ線Ｇ２（５１１ｋｅＶ）であることを示す。

ノイズ判定部４２は、検出器３１ａ，３１ｂと、同時計数回路４１と、カウンタ４３とに接続されている。ノイズ判定部４２は、同時計数回路４１から出力された信号を利用して、検出器３１ａ，３１ｂから入力されたガンマ線信号の取捨選択を行う。ノイズ判定部４２は、検出器３１ａ，３１ｂからガンマ線信号が入力され、且つ、同時計数回路４１から信号が入力されたとき、検出器３１ａ，３１ｂから入力されたガンマ線信号はノイズであると判定し、当該ガンマ線信号を無視する。すなわち、ノイズ判定部４２は、同時計数回路４１から出力された信号及びガンマ線信号の入力に対して、何らの信号も出力しない。一方、ノイズ判定部４２は、検出器３１ａ，３１ｂの何れか一方からガンマ線信号が入力され、同時計数回路４１から信号が出力されないとき、当該ガンマ線信号を無視しない。すなわち、ノイズ判定部４２は、検出器３１ａ，３１ｂの何れか一方に入力されたガンマ線信号をカウンタ４３に出力する。

カウンタ４３は、ノイズ判定部４２と、濃度演算部４４に接続されている。カウンタ４３は、ノイズ判定部４２から出力されたガンマ線信号の数を数える。そして、所定期間ごとに、カウンタ４３は、ガンマ線信号に含まれたエネルギーと、当該エネルギーにおけるカウント数との組み合わせを出力する。

濃度演算部４４は、カウンタ４３から定期的に出力される情報を利用して、ホウ素濃度を算出する。例えば、濃度演算部４４は、ガンマ線信号に含まれたエネルギー値と、当該エネルギーにおけるカウント数とを含む複数の組み合わせデータから、ガンマ線スペクトル（図５参照）を算出する。そして、当該スペクトルにおいて、ガンマ線Ｇ１（４７８ｋｅＶ）をピークとする所定のエネルギ帯域の積分値（線量）を得る。この積分値を利用して、ホウ素濃度を算出する。そして、濃度演算部４４は、ホウ素濃度を制御装置２０に出力する。

次に、図４に示すフローチャートを参照しつつ、中性子捕捉療法システム１の動作について説明する。

はじめに、薬剤投与部１７からホウ素を含む薬剤の投与が開始される（工程Ｓ１）。続いて、中性子線照射部４から中性子線Ｎの照射が開始される（工程Ｓ２）。中性子線Ｎの照射中において、患者Ｍのがん細胞に取り込まれたホウ素と中性子線Ｎとが反応して、検出対象であるガンマ線Ｇ１（４７８ｋｅＶ）が放出される。また、中性子線Ｎの照射中において、除去対象であるガンマ線Ｇ２（５１１ｋｅＶ）が放出される。中性子捕捉療法システム１のガンマ線情報取得部３０は、これらガンマ線Ｇ１，Ｇ２を含むガンマ線Ｇに関する第１のガンマ線情報を取得する（工程Ｓ３）。ガンマ線情報は、同時計数回路４１及びノイズ判定部４２に出力される。

続いて、同時計数回路４１からノイズ判定部４２へ信号が出力されたか否かを判定する（工程Ｓ４）。ここで、信号が出力された場合、取得されたガンマ線情報は、一対のガンマ線Ｇ２（５１１ｅｋＶ）を示すことがわかる。一方、信号が出力されない場合、取得されたガンマ線情報は、ガンマ線Ｇ１（４７８ｋｅＶ）、或いはガンマ線Ｇ３〜Ｇ５を示すことがわかる。以下、取得されたガンマ線情報が、ガンマ線Ｇ２（５１１ｅｋＶ）を示す場合と、ガンマ線Ｇ１（４７８ｅｋＶ）を示す場合と、について個々に説明する。

＜ガンマ線Ｇ２（５１１ｅｋＶ）である場合：工程Ｓ４：ＹＥＳ＞
電子と陽電子の対消滅により、一対のガンマ線Ｇ２（５１１ｋｅＶ）が発生すると、一方が検出器３１ａに入射すると共に、他方が検出器３１ｂに入射する。ガンマ線Ｇ２の入射により、検出器３１ａ，３１ｂのそれぞれから、ガンマ線情報が同時計数回路４１に同時時刻に入力される。続いて、同時計数回路４１から出力信号がノイズ判定部４２へ出力される。続いて、ノイズ判定部４２は、当該信号に基づいて（工程Ｓ４：ＹＥＳ）、検出器３１ａ，３１ｂから出力されたガンマ線信号が一対のガンマ線Ｇ２を示すものと判定する。そして、ノイズ判定部４２は、検出器３１ａ，３１ｂから出力されたガンマ線信号を無視し（工程Ｓ５）、再び工程Ｓ３，Ｓ４を実施する。

＜ガンマ線Ｇ１（４７８ｋｅＶ）である場合：工程Ｓ４：ＮＯ＞
ホウ素と中性子とが反応してガンマ線Ｇ１（４７８ｋｅＶ）が発生すると、ガンマ線Ｇ１は、例えば、一方の検出器３１ａだけに入射する。ガンマ線Ｇ１の入射により、検出器３１ａから、ガンマ線情報が同時計数回路４１に入力される。この場合には、同時計数回路４１から信号は出力されず、当該信号がノイズ判定部４２へ出力されない。続いて、ノイズ判定部４２は、同時計数回路４１から信号が入力されないこと基づいて（工程Ｓ４：ＮＯ）、検出器３１ａから出力されたガンマ線信号が検出対象であるガンマ線Ｇ１を示す情報であると判定する。そして、ノイズ判定部４２は、ガンマ線情報をカウンタ４３に出力する（工程Ｓ６）。

続いて、カウンタ４３は、カウント数ｎを１だけ増加させる（工程Ｓ７）。続いて、薬剤濃度算出部４０は、所定時間が経過したか否かを判定する（工程Ｓ８）。所定時間経過していない場合には（工程Ｓ８：ＮＯ）、再び工程Ｓ３〜Ｓ８を実施する。所定時間経過した場合には（工程Ｓ８：ＹＥＳ）、カウント数ｎとガンマ線情報（エネルギー値）を濃度演算部４４に出力する（工程Ｓ９）。続いて、濃度演算部４４は、カウント数ｎとガンマ線情報とにより得られるガンマ線スペクトルを利用して、ホウ素濃度を算出する（工程Ｓ１０）。続いて、薬剤濃度算出部４０は、中性子線Ｎの照射が終了したか否かを判定する（工程Ｓ１１）。照射が終了していない場合には（工程Ｓ１１：ＮＯ）、カウント数ｎを初期化（ｎ＝０）し（工程Ｓ１２）、再び工程Ｓ３〜Ｓ１１を実施する。照射が完了した場合には、ホウ素濃度の算出処理を停止する（工程Ｓ１３）。

次に中性子捕捉療法システム１の作用効果について説明する。

ホウ素を含む薬剤が投与された患者Ｍに中性子線Ｎを照射すると、ホウ素と中性子線との反応に伴うガンマ線Ｇ１（４７８ｋｅＶ）と、別の要因に伴う成分を含むガンマ線Ｇ２（５１１ｋｅＶ）とが発生する。中性子捕捉療法システム１は、ホウ素と中性子線との反応に伴うガンマ線Ｇ１の線量を利用してホウ素濃度を算出するが、別の要因に伴う成分を含むガンマ線Ｇ２はホウ素濃度の算出においてノイズになり得る。中性子捕捉療法システム１において、ノイズになり得るガンマ線Ｇ２の情報は、一対の検出器３１ａ，３１ｂのそれぞれに対して同時時刻に入射した所定のエネルギー（５１１ｋｅＶ）のガンマ線Ｇ２に関する第２のガンマ線情報として取得され、第１のガンマ線情報から除かれている。従って、第２のガンマ線情報が除かれた第３のガンマ線情報は、ノイズとなり得るガンマ線Ｇ２に関する情報が除かれている。そして、薬剤濃度算出部４０は、ノイズとなり得るガンマ線Ｇ２に関する情報が除かれた第３のガンマ線情報を利用して、ホウ素濃度を算出している。従って、中性子捕捉療法システム１及び中性子捕捉療法システムの制御方法によれば、リアルタイム計測におけるホウ素濃度の算出精度を向上させることができる。

より具体的には、図５（ｂ）に示されるように、ホウ素濃度を算出するためのガンマ線Ｇ１（４７８ｋｅＶ）の近傍には、ノイズとなり得るガンマ線Ｇ２（５１１ｋｅＶ）が存在する。ガンマ線Ｇ２は、β＋崩壊で生成された陽電子、或いは、ガンマ線と物質との相互作用で対生成された陽電子に起因する。β＋崩壊で生成される陽電子は、ホウ素との中性子との反応では発生しないため、ノイズになり得る。また、ガンマ線と物質との相互作用で対生成された陽電子は、物質のあるところではどこでも発生し得る。そうすると、ホウ素と中性子との反応により対生成された陽電子よりも、ホウ素以外の物質との中性子との反応により対生成された陽電子の方が多くなると考えられるので、ノイズになり得る。従って、ガンマ線Ｇ２のカウント数は、ガンマ線Ｇ１のカウント数よりも極端に大きくなり（グラフＡ１参照）、ガンマ線Ｇ１の裾野にガンマ線Ｇ２の裾野が重複する。

ガンマ線Ｇ１の裾野にガンマ線Ｇ２の裾野が重複するような測定結果から、カウント数が小さいガンマ線Ｇ１のピークを信号処理によって精度良く抽出することが難しい。中性子捕捉療法システム１によれば、ガンマ線Ｇ２に関するガンマ線情報は、薬剤濃度算出部４０のノイズ判定部４２により無視される。従って、図５（ｂ）に示されるように、カウント数のピークを小さくすることが可能になる。カウント数の大きさと、裾野の拡がりとは所定の関係があるので、カウント数のピークが小さくなると、裾野の拡がりも狭くなる。従って、ガンマ線Ｇ１のカウント数を示すピークを精度良く抽出することが可能になるので、ホウ素濃度の算出精度を向上させることができる。なお、検出器３１は、所定の計数効率でガンマ線Ｇを検出する。そうすると、一対のガンマ線Ｇ２が放出された場合に、一方の検出器３１ａでは検出されるが、他方の検出器３１ｂでは検出されない場合が起こり得る。その場合には、ガンマ線Ｇ２はノイズとして残ることになる。

また、所定のエネルギーは、５１１ｋｅＶであり、第３のガンマ線情報は、４７８ｋｅＶのエネルギーを有するガンマ線Ｇ１に関する情報である。患者Ｍに中性子線Ｎが照射されると、患者Ｍの体内に取り込まれたホウ素と中性子線Ｎとが反応して、アルファ線及びリチウムが放出される。放出されたリチウムからは、エネルギーが４７８ｋｅＶであるガンマ線Ｇ１が放出される。従って、エネルギーが４７８ｋｅＶであるガンマ線Ｇ１の線量は、ホウ素濃度に対応している。一方、患者Ｍに中性子線Ｎが照射されると、患者Ｍの体内に含まれた粒子と中性子線Ｎとの反応により電子及び陽電子が発生し、また、中性子線と粒子（水素、窒素等）との反応により生じる高エネルギー（１ＭｅＶ以上）のガンマ線と物質（被照射体や装置中の鉛等の構造物）との反応により電子及び陽電子が発生する。そして、これらの電子および陽電子の対消滅が生じる。この対消滅では、エネルギーが５１１ｋｅＶであるガンマ線Ｇ２が放出される。この対生成は、ホウ素とは別の粒子と中性子線Ｎとが反応して生じることもある。従って、エネルギーが５１１ｋｅＶであるガンマ線Ｇ２はホウ素と中性子線との反応とは別の要因に伴う成分を含むため、エネルギーが５１１ｋｅＶであるガンマ線Ｇ２は、ホウ素濃度を算出する場合にはノイズとなり得る。従って、中性子捕捉療法システム１では、ノイズとなり得るエネルギーが５１１ｋｅＶであるガンマ線Ｇ２に関する情報を除き、ホウ素と中性子線との反応に伴うエネルギーが４７８ｋｅＶであるガンマ線Ｇ１に関する情報を利用しているので、ホウ素濃度の算出精度を向上させることができる。

ガンマ線情報取得部３０は、患者Ｍが配置される領域Ｒと検出器３１ａとの間に配置されたコリメータ３２を更に備える。このコリメータ３２は、患者Ｍの体内から放出されるガンマ線Ｇ１〜Ｇ５を透過し、患者Ｍに由来しないガンマ線を遮蔽する。従って、検出器３１ａから出力されるガンマ線情報の信号ノイズ比を高めることができる。

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

例えば、図６に示されるように、ガンマ線情報取得部４０Ａは、患者Ｍが配置される領域Ｒを取り囲むように配置された複数の検出器３３及び複数のコリメータ３４を備えていてもよい。この構成によれば、検出器３３及びコリメータ３４を回転させる構成が不要になるので、ガンマ線情報取得部４０Ａの構成を簡易にできる。

また、中性子捕捉療法システム１は、中性子線検出部を備えていてもよい。中性子線検出部は、中性子線照射部４による中性子線Ｎの照射中に患者Ｍに照射される中性子線Ｎをリアルタイムで測定するためのものである。中性子線検出部は、例えばコリメータ１２の開口１２ａを通過する中性子線Ｎをリアルタイムで検出する。中性子線検出部は、シンチレータ及び光検出器を有する。シンチレータは、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。シンチレータとして、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シンチレータ等を使用することができる。光検出器は、シンチレータで発生した光を検出する。光検出器としては、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。光検出器は、光検出時に電気信号（検出信号）を制御装置２０に出力する。

また、中性子捕捉療法システム１の制御装置２０は、ホウ素濃度制御部を備えていてもよい。制御装置２０は、治療計画に関する情報中のホウ素濃度分布の設定値と薬剤濃度算出部４０で算出したホウ素濃度の実測値とを対比し、双方が一致又は所定の差の範囲内に収まるか否かを判定する。例えば、治療計画に関する情報中のホウ素濃度分布の設定値と薬剤濃度算出部４０で測定したホウ素濃度の実測値との差が判定閾値以上である場合には、所定の差の範囲内に収まらないと判定する。なお、ホウ素濃度分布は２次元又は３次元の所定の空間中の分布データであるため、当該空間を複数の範囲に区切り、区切った範囲ごとにホウ素濃度の設定値とホウ素濃度の実測値とを対比する。制御装置２０は、対比した結果、中性子線Ｎの線量の実測値及びホウ素濃度分布の実測値が治療計画通り（又は治療計画から所定の差の範囲内に収まる）と判定した場合には、そのまま中性子線Ｎの照射を続けさせる。一方、中性子線Ｎの線量の実測値及びホウ素濃度分布の実測値が治療通りではない（又は治療計画から所定の差の範囲内に収まらない）と判定した場合には、薬剤投与部１７からのホウ素の投与の調整又は中性子線Ｎの照射の調整を行う。

１…中性子捕捉療法システム、４…中性子線照射部、１７…薬剤投与部、２０…制御装置、３０…ガンマ線情報取得部、３１ａ，３１ｂ…検出器、３２…コリメータ、４０…薬剤濃度算出部、４１…同時計数回路、４２…ノイズ判定部、４３…カウンタ、４４…濃度演算部、Ｇ１…ガンマ線（４７８ｋｅＶ）、Ｇ２…ガンマ線（５１１ｋｅＶ）、Ｍ…患者（被照射体）、Ｎ…中性子線、Ｒ…患者が配置される領域。

Claims (4)

1. ホウ素を含む薬剤が投与された被照射体へ中性子線を照射する中性子捕捉療法システムであって、
   前記被照射体へ前記中性子線を照射する中性子線照射部と、
   前記中性子線の照射により前記被照射体から放出されるガンマ線に関する第１のガンマ線情報を取得するガンマ線情報取得部と、
   前記第１のガンマ線情報を利用して、前記被照射体内における前記薬剤の濃度を算出する薬剤濃度算出部と、を備え、
   前記ガンマ線情報取得部は、前記被照射体が配置される領域を挟んで対となる位置に設けられた一対の検出器を有し、
   前記薬剤濃度算出部は、前記第１のガンマ線情報から前記検出器のそれぞれで同時時刻に検出された所定のエネルギーのガンマ線に関する第２のガンマ線情報が除かれた第３のガンマ線情報を利用して、前記薬剤の濃度を算出する、中性子捕捉療法システム。
2. 前記所定のエネルギーは、５１１ｋｅＶであり、
   前記第３のガンマ線情報は、４７８ｋｅＶのエネルギーを有するガンマ線に関する情報である、請求項１に記載の中性子捕捉療法システム。
3. 前記ガンマ線情報取得部は、前記被照射体が配置される領域と前記検出器との間に配置されたコリメータを更に備える、請求項１又は２に記載の中性子捕捉療法システム。
4. 中性子線を出射する中性子捕捉療法システムの制御方法であって、
   前記中性子捕捉療法システムの制御装置が、前記中性子捕捉療法システムの加速器及びビーム輸送装置を制御して、前記加速器が発生させる荷電粒子を前記中性子捕捉療法システムの中性子線照射部に入射させ、前記中性子線照射部が入射した前記荷電粒子に起因して前記中性子線を出射させる工程と、
   被照射体が配置される領域を挟んで対となる位置に設けられた一対の検出器を利用して、前記被照射体から放出されるガンマ線に関する第１のガンマ線情報を取得する工程と、
   前記第１のガンマ線情報から前記検出器のそれぞれで同時時刻に検出された所定のエネルギーのガンマ線に関する第２のガンマ線情報が除かれた第３のガンマ線情報を利用して、ホウ素を含む薬剤の濃度を算出する工程と、を有する中性子捕捉療法システムの制御方法。
   
   

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