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特開2024-67735熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置および測定方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024067735
(43)【公開日】2024-05-17
(54)【発明の名称】熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置および測定方法
(51)【国際特許分類】
G01T 3/00 20060101AFI20240510BHJP
G01T 1/20 20060101ALI20240510BHJP
A61N 5/10 20060101ALI20240510BHJP
【ＦＩ】
G01T3/00 G
G01T1/20 B
A61N5/10 H
【審査請求】未請求
【請求項の数】16
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022178044
(22)【出願日】2022-11-07
(71)【出願人】
【識別番号】504176911
【氏名又は名称】国立大学法人大阪大学
(74)【代理人】
【識別番号】100078813
【弁理士】
【氏名又は名称】上代 哲司
(74)【代理人】
【識別番号】100094477
【弁理士】
【氏名又は名称】神野 直美
(74)【代理人】
【識別番号】100099933
【弁理士】
【氏名又は名称】清水 敏
(72)【発明者】
【氏名】村田 勲
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 文信
(72)【発明者】
【氏名】玉置 真悟
(72)【発明者】
【氏名】日下 祐江
【テーマコード（参考）】
2G188
4C082
【Ｆターム（参考）】
2G188AA02
2G188BB09
2G188CC09
2G188CC13
2G188CC20
2G188DD09
4C082AC07
4C082AE01
4C082AP01
4C082AP03
(57)【要約】
【課題】熱外中性子の絶対強度を高い精度でリアルタイムに測定することができる熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定技術を提供する。
【解決手段】ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）において患者に照射される熱外中性子束の絶対強度を、その場でリアルタイムに測定する熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置であって、熱外中性子を検出する中性子検出器の周りが、中性子吸収体により覆われており、中性子吸収体が、熱外中性子のエネルギーの分布に対応した厚さ分布を持ち、熱外中性子のエネルギーの分布の全領域に亘って、熱外中性子の検出効率が略一定となるように構成されている熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置。
【選択図】図１８
【解決手段】ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）において患者に照射される熱外中性子束の絶対強度を、その場でリアルタイムに測定する熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置であって、熱外中性子を検出する中性子検出器の周りが、中性子吸収体により覆われており、中性子吸収体が、熱外中性子のエネルギーの分布に対応した厚さ分布を持ち、熱外中性子のエネルギーの分布の全領域に亘って、熱外中性子の検出効率が略一定となるように構成されている熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置。
【選択図】図１８
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）において患者に照射される熱外中性子束の絶対強度を、その場でリアルタイムに測定する熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置であって、
前記熱外中性子を検出する中性子検出器の周りが、中性子吸収体により覆われており、
前記中性子吸収体が、前記熱外中性子のエネルギーの分布に対応した厚さ分布を持ち、前記熱外中性子のエネルギーの分布の全領域に亘って、前記熱外中性子の検出効率が略一定となるように構成されていることを特徴とする熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置。
前記熱外中性子を検出する中性子検出器の周りが、中性子吸収体により覆われており、
前記中性子吸収体が、前記熱外中性子のエネルギーの分布に対応した厚さ分布を持ち、前記熱外中性子のエネルギーの分布の全領域に亘って、前記熱外中性子の検出効率が略一定となるように構成されていることを特徴とする熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置。
【請求項2】
前記中性子検出器が、ホウ素またはリチウムを含有する中性子検出器であることを特徴とする請求項１に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置。
【請求項3】
前記ホウ素またはリチウムを含有する中性子検出器が、シンチレーション検出器であることを特徴とする請求項２に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置。
【請求項4】
前記シンチレーション検出器が、リチウムとして６Ｌｉを含有するシンチレータを用いて構成されていることを特徴とする請求項３に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置。
【請求項5】
前記６Ｌｉを含有するシンチレータが、ＬｉＣａＦシンチレータであることを特徴とする請求項４に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置。
【請求項6】
前記シンチレーション検出器が、ホウ素として１０Ｂを含有するシンチレータを用いて構成されていることを特徴とする請求項３に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置。
【請求項7】
前記１０Ｂを含有するシンチレータが、有機プラスチックに前記１０Ｂがドープされたシンチレータであることを特徴とする請求項６に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置。
【請求項8】
前記中性子吸収体が、
前記熱外中性子のエネルギーの分布が複数の領域に分割され、分割されたそれぞれの領域に対応して、段階状に変化する厚さおよび面積比で形成されて、前記熱外中性子のエネルギーの分布の全領域に亘って、前記熱外中性子の検出効率が略一定となるように構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置。
前記熱外中性子のエネルギーの分布が複数の領域に分割され、分割されたそれぞれの領域に対応して、段階状に変化する厚さおよび面積比で形成されて、前記熱外中性子のエネルギーの分布の全領域に亘って、前記熱外中性子の検出効率が略一定となるように構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置。
【請求項9】
前記中性子吸収体が、ホウ素またはリチウムを含有する中性子吸収体であることを特徴とする請求項８に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置。
【請求項10】
前記中性子吸収体に含有されるホウ素が、１０Ｂ濃縮ホウ素であることを特徴とする請求項９に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置。
【請求項11】
ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）において患者に照射される熱外中性子束の絶対強度を、その場でリアルタイムに測定する熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定方法であって、
請求項１に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置を用いて、
前記中性子検出器により患者に照射される熱外中性子の数を計測し、
得られた熱外中性子の数に対して所定の演算を施すことにより、熱外中性子束の絶対強度を求めることを特徴とする熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定方法。
請求項１に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置を用いて、
前記中性子検出器により患者に照射される熱外中性子の数を計測し、
得られた熱外中性子の数に対して所定の演算を施すことにより、熱外中性子束の絶対強度を求めることを特徴とする熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定方法。
【請求項12】
ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）において患者に照射される熱外中性子束の絶対強度を、その場でリアルタイムに測定する熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置であって、
前記熱外中性子を検出する検出素子として、複数の中性子検出器が用いられており、
各々の中性子検出器の周りが、互いに厚さの異なる中性子吸収体により覆われており、
前記中性子吸収体のそれぞれの厚さが、前記中性子検出器の各々が対象とする前記熱外中性子のエネルギーの分布に対応した厚さに形成されており、
前記各々の中性子検出器により計測された患者に照射された熱外中性子の数に対して所定の演算を施すことにより、熱外中性子束の絶対強度が得られるように構成されていることを特徴とする熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置。
前記熱外中性子を検出する検出素子として、複数の中性子検出器が用いられており、
各々の中性子検出器の周りが、互いに厚さの異なる中性子吸収体により覆われており、
前記中性子吸収体のそれぞれの厚さが、前記中性子検出器の各々が対象とする前記熱外中性子のエネルギーの分布に対応した厚さに形成されており、
前記各々の中性子検出器により計測された患者に照射された熱外中性子の数に対して所定の演算を施すことにより、熱外中性子束の絶対強度が得られるように構成されていることを特徴とする熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置。
【請求項13】
前記中性子検出器が、ホウ素またはリチウムを含有する中性子検出器であることを特徴とする請求項１２に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置。
【請求項14】
前記ホウ素またはリチウムを含有する中性子検出器が、シンチレーション検出器であることを特徴とする請求項１３に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置。
【請求項15】
前記中性子吸収体が、ホウ素またはリチウムを含有する中性子吸収体であることを特徴とする請求項１２ないし請求項１４のいずれか１項に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置。
【請求項16】
ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）において患者に照射される熱外中性子束の絶対強度を、その場でリアルタイムに測定する熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定方法であって、
請求項１２に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置を用いて、
前記互いに厚さの異なる中性子吸収体により覆われている中性子検出器の各々により患者に照射される熱外中性子の数を計測し、
得られた熱外中性子の数の各々に対して所定の演算を施すことにより、熱外中性子束の絶対強度を求めることを特徴とする熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定方法。
請求項１２に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置を用いて、
前記互いに厚さの異なる中性子吸収体により覆われている中性子検出器の各々により患者に照射される熱外中性子の数を計測し、
得られた熱外中性子の数の各々に対して所定の演算を施すことにより、熱外中性子束の絶対強度を求めることを特徴とする熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置および測定方法に関し、より詳しくは、ホウ素中性子補捉療法（ＢＮＣＴ：Ｂｏｒｏｎ Ｎｅｕｔｒｏｎ Ｃａｐｔｕｒｅ Ｔｈｅｒａｐｙ）において、患者に照射される熱外中性子束の絶対強度をリアルタイムに測定することができる熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置および測定方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、次世代を担う新しいがん治療法としてホウ素中性子補捉療法（ＢＮＣＴ）の実用化に向けての研究が加速している（例えば、特許文献１）。
【0003】
図１は、このＢＮＣＴの原理を説明する模式図であり、予め腫瘍細胞（Ｃａｎｃｅｒ ｃｅｌｌ）に選択的に蓄積させたホウ素（１０Ｂ）に熱外中性子（Ｅｐｉｔｈｅｒｍａｌ ｎｅｗｔｒｏｎ）を照射することにより、反応式：ｎ＋１０Ｂ→α＋７Ｌｉで示される１０Ｂ（ｎ，α）７Ｌｉ反応を誘起させて、放出された荷電粒子（α粒子やＬｉ原子核）によってがん細胞を選択的に破壊する。
【0004】
このように、ＢＮＣＴは患者に熱外中性子を照射して治療する治療法であるため、患者に対する治療効果を知る上で、熱外中性子束の絶対照射量、即ち、熱外中性子束の絶対強度をリアルタイムで知ることが重要である。即ち、熱外中性子が少な過ぎる場合にはがん細胞が生き残り、多過ぎる場合には正常細胞まで破壊されてしまうため、熱外中性子束の絶対強度をリアルタイムで知ることが重要である。
【0005】
この熱外中性子束の絶対照射量の測定について、現在は、金箔を用いて計測すること（箔放射化法）が一般的に行われている。具体的には、照射開始後１０分程度、金箔など、自己吸収が少ない箔状の金属に中性子を照射した後取り出して、箔に生じた放射化の程度を計測することにより、最終照射時間としてフィードバックしている。しかしながら、この方法は、解析に煩雑な手順を必要とし、また、熱外中性子の絶対強度をリアルタイムで直接計測するものではないため、極めて近似的な措置と言わざるを得ない。
【0006】
一方、最近、箔放射化法に替わる測定方法として、シンチレーションを利用した小さな検出器を設置することにより相対測定することも検討されている（例えば、特許文献２～４）。
【0007】
しかしながら、上記した各方法は、中性子感度にはエネルギー依存性があり、中性子のエネルギー分布が照射施設や患者の存在で変化することによる影響については考慮できないため、熱外中性子の絶対強度をリアルタイムに測定する技術として、十分とは言えなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】国際公開ＷＯ２０１８／１８１３９５号公報
【特許文献2】特開２０１３－１１６９２６号公報
【特許文献3】国際公開ＷＯ２０１４／１９２３２１号公報
【特許文献4】特開２０１６－１６４５１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明は、前記した従来の熱外中性子束の絶対強度測定技術における問題点に鑑み、熱外中性子束の絶対強度を高い精度でリアルタイムに測定することができる熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明者は、上記した課題の解決について鋭意検討を行い、以下に記載する発明により上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【0011】
請求項１に記載の発明は、
ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）において患者に照射される熱外中性子束の絶対強度を、その場でリアルタイムに測定する熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置であって、
前記熱外中性子を検出する中性子検出器の周りが、中性子吸収体により覆われており、
前記中性子吸収体が、前記熱外中性子のエネルギーの分布に対応した厚さ分布を持ち、前記熱外中性子のエネルギーの分布の全領域に亘って、前記熱外中性子の検出効率が略一定となるように構成されていることを特徴とする熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置である。
ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）において患者に照射される熱外中性子束の絶対強度を、その場でリアルタイムに測定する熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置であって、
前記熱外中性子を検出する中性子検出器の周りが、中性子吸収体により覆われており、
前記中性子吸収体が、前記熱外中性子のエネルギーの分布に対応した厚さ分布を持ち、前記熱外中性子のエネルギーの分布の全領域に亘って、前記熱外中性子の検出効率が略一定となるように構成されていることを特徴とする熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置である。
【0012】
請求項２に記載の発明は、
前記中性子検出器が、ホウ素またはリチウムを含有する中性子検出器であることを特徴とする請求項１に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置である。
前記中性子検出器が、ホウ素またはリチウムを含有する中性子検出器であることを特徴とする請求項１に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置である。
【0013】
請求項３に記載の発明は、
前記ホウ素またはリチウムを含有する中性子検出器が、シンチレーション検出器であることを特徴とする請求項２に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置である。
前記ホウ素またはリチウムを含有する中性子検出器が、シンチレーション検出器であることを特徴とする請求項２に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置である。
【0014】
請求項４に記載の発明は、
前記シンチレーション検出器が、リチウムとして６Ｌｉを含有するシンチレータを用いて構成されていることを特徴とする請求項３に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置である。
前記シンチレーション検出器が、リチウムとして６Ｌｉを含有するシンチレータを用いて構成されていることを特徴とする請求項３に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置である。
【0015】
請求項５に記載の発明は、
前記６Ｌｉを含有するシンチレータが、ＬｉＣａＦシンチレータであることを特徴とする請求項４に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置である。
前記６Ｌｉを含有するシンチレータが、ＬｉＣａＦシンチレータであることを特徴とする請求項４に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置である。
【0016】
請求項６に記載の発明は、
前記シンチレーション検出器が、ホウ素として１０Ｂを含有するシンチレータを用いて構成されていることを特徴とする請求項３に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置である。
前記シンチレーション検出器が、ホウ素として１０Ｂを含有するシンチレータを用いて構成されていることを特徴とする請求項３に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置である。
【0017】
請求項７に記載の発明は、
前記１０Ｂを含有するシンチレータが、有機プラスチックに前記１０Ｂがドープされたシンチレータであることを特徴とする請求項６に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置である。
前記１０Ｂを含有するシンチレータが、有機プラスチックに前記１０Ｂがドープされたシンチレータであることを特徴とする請求項６に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置である。
【0018】
請求項８に記載の発明は、
前記中性子吸収体が、
前記熱外中性子のエネルギーの分布が複数の領域に分割され、分割されたそれぞれの領域に対応して、段階状に変化する厚さおよび面積比で形成されて、前記熱外中性子のエネルギーの分布の全領域に亘って、前記熱外中性子の検出効率が略一定となるように構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置である。
前記中性子吸収体が、
前記熱外中性子のエネルギーの分布が複数の領域に分割され、分割されたそれぞれの領域に対応して、段階状に変化する厚さおよび面積比で形成されて、前記熱外中性子のエネルギーの分布の全領域に亘って、前記熱外中性子の検出効率が略一定となるように構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置である。
【0019】
請求項９に記載の発明は、
前記中性子吸収体が、ホウ素またはリチウムを含有する中性子吸収体であることを特徴とする請求項８に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置である。
前記中性子吸収体が、ホウ素またはリチウムを含有する中性子吸収体であることを特徴とする請求項８に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置である。
【0020】
請求項１０に記載の発明は、
前記中性子吸収体に含有されるホウ素が、１０Ｂ濃縮ホウ素であることを特徴とする請求項９に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置である。
前記中性子吸収体に含有されるホウ素が、１０Ｂ濃縮ホウ素であることを特徴とする請求項９に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置である。
【0021】
請求項１１に記載の発明は、
ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）において患者に照射される熱外中性子束の絶対強度を、その場でリアルタイムに測定する熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定方法であって、
請求項１に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置を用いて、
前記中性子検出器により患者に照射される熱外中性子の数を計測し、
得られた熱外中性子の数に対して所定の演算を施すことにより、熱外中性子束の絶対強度を求めることを特徴とする熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定方法である。
ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）において患者に照射される熱外中性子束の絶対強度を、その場でリアルタイムに測定する熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定方法であって、
請求項１に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置を用いて、
前記中性子検出器により患者に照射される熱外中性子の数を計測し、
得られた熱外中性子の数に対して所定の演算を施すことにより、熱外中性子束の絶対強度を求めることを特徴とする熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定方法である。
【0022】
請求項１２に記載の発明は、
ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）において患者に照射される熱外中性子束の絶対強度を、その場でリアルタイムに測定する熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置であって、
前記熱外中性子を検出する検出素子として、複数の中性子検出器が用いられており、
各々の中性子検出器の周りが、互いに厚さの異なる中性子吸収体により覆われており、
前記中性子吸収体のそれぞれの厚さが、前記中性子検出器の各々が対象とする前記熱外中性子のエネルギーの分布に対応した厚さに形成されており、
前記各々の中性子検出器により計測された患者に照射された熱外中性子の数に対して所定の演算を施すことにより、熱外中性子束の絶対強度が得られるように構成されていることを特徴とする熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置である。
ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）において患者に照射される熱外中性子束の絶対強度を、その場でリアルタイムに測定する熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置であって、
前記熱外中性子を検出する検出素子として、複数の中性子検出器が用いられており、
各々の中性子検出器の周りが、互いに厚さの異なる中性子吸収体により覆われており、
前記中性子吸収体のそれぞれの厚さが、前記中性子検出器の各々が対象とする前記熱外中性子のエネルギーの分布に対応した厚さに形成されており、
前記各々の中性子検出器により計測された患者に照射された熱外中性子の数に対して所定の演算を施すことにより、熱外中性子束の絶対強度が得られるように構成されていることを特徴とする熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置である。
【0023】
請求項１３に記載の発明は、
前記中性子検出器が、ホウ素またはリチウムを含有する中性子検出器であることを特徴とする請求項１２に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置である。
前記中性子検出器が、ホウ素またはリチウムを含有する中性子検出器であることを特徴とする請求項１２に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置である。
【0024】
請求項１４に記載の発明は、
前記ホウ素またはリチウムを含有する中性子検出器が、シンチレーション検出器であることを特徴とする請求項１３に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置である。
前記ホウ素またはリチウムを含有する中性子検出器が、シンチレーション検出器であることを特徴とする請求項１３に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置である。
【0025】
請求項１５に記載の発明は、
前記中性子吸収体が、ホウ素またはリチウムを含有する中性子吸収体であることを特徴とする請求項１２ないし請求項１４のいずれか１項に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置である。
前記中性子吸収体が、ホウ素またはリチウムを含有する中性子吸収体であることを特徴とする請求項１２ないし請求項１４のいずれか１項に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置である。
【0026】
請求項１６に記載の発明は、
ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）において患者に照射される熱外中性子束の絶対強度を、その場でリアルタイムに測定する熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定方法であって、
請求項１２に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置を用いて、
前記互いに厚さの異なる中性子吸収体により覆われている中性子検出器の各々により患者に照射される熱外中性子の数を計測し、
得られた熱外中性子の数の各々に対して所定の演算を施すことにより、熱外中性子束の絶対強度を求めることを特徴とする熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定方法である。
ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）において患者に照射される熱外中性子束の絶対強度を、その場でリアルタイムに測定する熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定方法であって、
請求項１２に記載の熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置を用いて、
前記互いに厚さの異なる中性子吸収体により覆われている中性子検出器の各々により患者に照射される熱外中性子の数を計測し、
得られた熱外中性子の数の各々に対して所定の演算を施すことにより、熱外中性子束の絶対強度を求めることを特徴とする熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定方法である。
【発明の効果】
【0027】
本発明によれば、熱外中性子束の絶対強度を高い精度でリアルタイムに測定することができる熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【図1】ＢＮＣＴの原理を説明する模式図である。
【図2】本発明に係る熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置の概略構成を示す模式図である。
【図3】本発明の一実施の形態において、中性子のエネルギーと６Ｌｉ（ｎ，α）反応の反応断面積との関係を示す図である。
【図4】本発明の一実施の形態において、中性子のエネルギーとＬｉＣａＦの検出効率との関係を示す図である。
【図5】本発明の一実施の形態における検出効率の平坦化を説明する図である。
【図6】本発明の一実施の形態における検出部の近傍の構成を説明する模式図である。
【図7】本発明の一実施の形態において、中性子吸収体の材質選択についてのシミュレーションにおける構成を示す模式斜視図である。
【図8】本発明の一実施の形態において、中性子吸収体の材質による検出効率の差異を説明する図である。
【図9】本発明の一実施の形態におけるフィルターの構成を説明する図である。
【図10】本発明の一実施の形態におけるフィルターの設計指針を説明する図である。
【図11】本発明の一実施の形態におけるフィルターの設計指針を説明する図である。
【図12】本発明の一実施の形態において、フィルターの厚さを変化させたときの検出効率の変化を説明する図である。
【図13】本発明の一実施の形態において、第１段階における検出効率の平坦化を説明する図である。
【図14】本発明の一実施の形態において、第１段階～第２段階における検出効率の平坦化を説明する図である。
【図15】本発明の一実施の形態において、第２段階における検出効率の平坦化を説明する図である。
【図16】本発明の一実施の形態において、第２段階～第３段階における検出効率の平坦化を説明する図である。
【図17】本発明の一実施の形態において、第３段階における検出効率の平坦化を説明する図である。
【図18】本発明の一実施の形態において作製されたフィルターを説明する図である。
【図19】本発明の一実施の形態において作製されたフィルターを用いて検出効率を計算した結果を示す図である。
【図20】本発明の実施において作製するフィルターを説明する図である。
【図21】ＬｉＣａＦシンチレータの場合の検出効率と高エネルギー中性子の影響を説明する図である。
【図22】
６Ｌｉ（ｎ，α）反応の反応断面積と中性子のエネルギーの関係を説明する図である。
【図23】
１０Ｂ（ｎ，α）反応の反応断面積と中性子のエネルギーの関係を説明する図である。
【図24】ホウ素含有の有機プラスチックシンチレータの検出効率と中性子のエネルギーとの関係を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0029】
［１］本発明における基本的な考え方
最初に、本発明における基本的な考え方について説明する。
最初に、本発明における基本的な考え方について説明する。
【0030】
図２は、本発明に係る熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置（以下、単に、「強度測定装置」という）の概略構成を示す模式図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は検出部３の拡大斜視図である。なお、図２において、１は強度測定装置であり、検出部（モニター部）３で検出された光が、光ファイバ２を経由して増幅部４に送られるように構成されている。
【0031】
本発明において、熱外中性子を検出する検出部としては中性子検出器を用いる。中性子検出器は特に限定されないが、測定精度を考慮すると、シンチレーション検出器（シンチレータ）が好ましく、このとき、熱外中性子に対する検出感度が高く、中性子線束の絶対強度の測定に好適なシンチレータとしては、６Ｌｉあるいは１０Ｂを含有するシンチレータを用いることが好ましい。
【0032】
即ち、固体の６Ｌｉあるいは１０Ｂを含有するシンチレータは、気体の３Ｈｅや１０ＢＦ３を含有する比例計数管などの中性子検出器と異なり、小型化が可能であり、また、小型であっても熱外中性子に対する検出感度が高いためである。そして、小型にすることで、波高弁別によりガンマ線の除去が容易であるため、熱外中性子を高い精度で検出することができる。また、小型であることは、中性子場を乱さず、患者の邪魔にならないという面からも有利である。具体的には、２ｍｍ×２ｍｍ×２ｍｍ程度の大きさにまで小型化できるため、ＢＮＣＴ治療時の患者位置における熱外中性子束の絶対強度のリアルタイムでの測定に好適である。
【0033】
しかしながら、中性子検出器をそのまま使用したのでは、熱外中性子以外に熱中性子も同時に検出してしまう。また、中性子検出器の検出効率は中性子線束のエネルギーに依存しており、中性子はエネルギーが低いほど６Ｌｉ（ｎ，α）反応の反応断面積が大きく、中性子検出器の検出効率も高くなるため、エネルギーが低い中性子が多く検出される。このため、測定された中性子の量から熱外中性子束の絶対強度を高い精度で推定することができない。
【0034】
図３に、中性子のエネルギー（Ｎｅｕｔｒｏｎ Ｅｎｅｒｇｙ：ｅＶ）と６Ｌｉ（ｎ，α）反応の反応断面積（Ｃｒｏｓｓ Ｓｅｃｔｉｏｎ：ｂａｒｎｓ）との関係を、図４に、中性子のエネルギー（ｅＶ）とＬｉＣａＦの検出効率（Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）との関係を示す。なお、細実線で四角く囲んだ０．５ｅＶ～１０４ｅＶの領域が熱外中性子領域であり、０．５ｅＶ未満が熱中性子領域、１０４ｅＶ超が高速中性子領域である。
【0035】
【0036】
なお、熱中性子領域では、熱外中性子領域よりも検出効率が高くなっているが、実験の結果、熱外中性子束の絶対強度の測定に際しては、Ｃｄで形成したフィルターを中性子検出器のフィルターとして用いることにより、検出感度を低下させて、熱中性子を計測の対象から除外できることが分かっている。また、高速中性子領域では、元々、検出感度が低いことが分かっているが、ＬｉＣａＦのようなＬｉを用いたシンチレータを中性子検出器として使用した場合、２４０ｋｅＶ付近に共鳴ピークがあるため、高速中性子強度が強い場合には問題となる。そこで、このように高速中性子強度が強い場合には、後述するように、ホウ素含有の有機プラスチックシンチレータを用いることが好ましい。
【0037】
本発明者は、エネルギーが低いほど検出効率が高くなる熱外中性子のエネルギー領域において、高い精度で、熱外中性子の数を検出するためには、検出効率のエネルギー依存性を無くし、熱外中性子領域の全域に亘ってほぼ一定の検出効率とした。具体的には、検出効率を熱外中性子の最大エネルギーでの検出効率で平坦化（フラット化）する必要があると考えた。
【0038】
即ち、このように平坦化（フラット化）させることにより、０．５ｅＶから１０ｋｅＶまでの幅広いエネルギー範囲を含む熱外中性子束の絶対強度をリアルタイムで測定することができると考えた。
【0039】
そして、この考えを実現するためには、中性子検出器の検出面に中性子吸収体をフィルターとして設け、さらに、このフィルターを、熱外中性子のエネルギーの分布に対応した厚さ分布に形成した場合、フィルターの厚さに合わせて検出効率が低下するため、熱外中性子領域の全域に亘って、検出効率の平坦化（フラット化）を図ることができると考え、具体的なフィルターの設計について、実験を重ね、鋭意、検討を行い、本発明を完成するに至った。
【0040】
即ち、本発明は、図５の左側に示すように、エネルギーが低いほど高くなる検出効率を、上記考えに基づいて適切に設計されたフィルターを用いることにより、図５の右側に示すように、熱外中性子領域の全域に亘って、検出効率を平坦化（フラット化）させて、熱外中性子束の絶対強度を高い精度でリアルタイムに測定できるようにしている。
【0041】
なお、本発明において、「検出効率を平坦化（フラット化）」とは、厳密な平坦化（フラット化）を意味するものではなく、後述する検出効率の最大値と最小値の差σＧが、所望する不確かさに応じた一定の値以下で、略一定となっていればよい。
【0042】
［２］第１の実施の形態
以下、第１の実施の形態について具体的に説明する。
以下、第１の実施の形態について具体的に説明する。
【0043】
１．全体構成
本実施の形態に係る熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置（以下、単に、「強度測定装置」という）は、ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）において患者に照射される熱外中性子束の絶対強度を、その場でリアルタイムに測定する熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置である。なお、本実施の形態においては、熱外中性子を検出する検出素子である中性子検出器の具体的な一例として、リチウム（６Ｌｉ）またはホウ素（１０Ｂ）を含有するシンチレーション検出器が用いられている。そして、中性子検出器（シンチレーション検出器）の周りが、中性子吸収体により覆われている。このとき、中性子吸収体は、熱外中性子のエネルギーの分布に対応した厚さ分布に形成されて、熱外中性子のエネルギーの分布の全領域に亘って、熱外中性子の検出効率が略一定となるように構成されている。
本実施の形態に係る熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置（以下、単に、「強度測定装置」という）は、ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）において患者に照射される熱外中性子束の絶対強度を、その場でリアルタイムに測定する熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置である。なお、本実施の形態においては、熱外中性子を検出する検出素子である中性子検出器の具体的な一例として、リチウム（６Ｌｉ）またはホウ素（１０Ｂ）を含有するシンチレーション検出器が用いられている。そして、中性子検出器（シンチレーション検出器）の周りが、中性子吸収体により覆われている。このとき、中性子吸収体は、熱外中性子のエネルギーの分布に対応した厚さ分布に形成されて、熱外中性子のエネルギーの分布の全領域に亘って、熱外中性子の検出効率が略一定となるように構成されている。
【0044】
前記したように、図２は、強度測定装置の概略構成を示す模式図であり、強度測定装置１は、検出部（モニター部）３で検出された光が、光ファイバ２を経由して増幅部４に送られるように構成されている。そして、図６は、本実施の形態における検出部３の近傍の構成を説明する模式図である。
【0045】
図６に示すように、検出部３はシンチレータ３ａを備えている。シンチレータ３ａは、中性子が入射されると所定の検出感度で発光し、シンチレータ３ａで発生した光は、光ファイバ２を経由して増幅部４に送られて増幅された後、電気信号に変換される。
【0046】
２．中性子吸収体について
前記したように、シンチレータを利用して中性子の数を計測した場合、リアルタイムで計測を行ったとしても、中性子はエネルギーが低いほど反応断面積が大きく、シンチレータの検出効率も高くなるため、測定された中性子の数から熱外中性子束の絶対強度を高い精度で推定することができない。
前記したように、シンチレータを利用して中性子の数を計測した場合、リアルタイムで計測を行ったとしても、中性子はエネルギーが低いほど反応断面積が大きく、シンチレータの検出効率も高くなるため、測定された中性子の数から熱外中性子束の絶対強度を高い精度で推定することができない。
【0047】
そこで、本発明者は、熱外中性子のエネルギーの分布に対応した厚さ分布に形成された中性子吸収体をシンチレータの周りに巻き付けるなどしてシンチレータを覆うフィルター３ｂとして設け、フィルター３ｂの厚さに合わせて検出効率を低下させることにより、熱外中性子のエネルギー領域の全体に亘って、検出効率を平坦化できれば、熱外中性子の数を高い精度で計測して、熱外中性子束の絶対強度を高い精度で推測できると考え、具体的な中性子吸収体の設計について、鋭意検討を行った。
【0048】
（１）材料の検討
最初に、中性子吸収体に使用される材料について検討を行った。
最初に、中性子吸収体に使用される材料について検討を行った。
【0049】
図７は、中性子吸収体の材質選択についてのシミュレーションにおける構成を示す模式斜視図であり、２ｍｍ×２ｍｍ×２ｍｍのサイズのＬｉＣａＦシンチレータの検出面の表面に、厚さＸｍｍで中性子吸収体層をフィルターとして形成して、このフィルターの表面に向けて照射された中性子の数を計測するように構成されている。
【0050】
具体的には、中性子吸収体の材質の候補として、炭素（Ｃ）、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、ホウ素（Ｂ）の４種類を挙げ、それぞれ、Ｘ＝５ｍｍの中性子吸収体層（フィルター）を形成して、各材質により、検出効率がどのように変化するかを調べた。
【0051】
結果を図８に示す。なお、図８には、フィルターなし（ベア状態）の結果を併せて示している。図８から分かるように、炭素（Ｃ）、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）のフィルターの場合には、ベア状態における検出効率とほぼ同じ結果となっている。これに対して、ホウ素（Ｂ）の場合には、低エネルギー領域での検出効率が劇的に低下しており、エネルギーの増大に伴って途中まで検出効率が上昇していき、その後、検出効率が低下していっている。なお、ホウ素（Ｂ）は、１０Ｂ同位体比が低い（低濃縮度）場合には効率のピークが低エネルギーへ移動し、高い（高濃縮度）場合、高エネルギーへ移動する傾向があるため、中性子吸収能の面からは、１０Ｂ濃縮ホウ素であることが好ましい。
【0052】
本発明者は、このように、検出効率の変化の途中に極値が現れ、増大から減少へと変化することに着目した。即ち、この極値付近においては、必ず、平坦な部分が形成されているはずであり、中性子吸収体の材質として、図８のホウ素（Ｂ）のような傾向を示す材料を選択し、この極値を適切なエネルギーに設定した効率曲線を複数組み合わせた場合、熱外中性子のエネルギーの全領域に亘って検出効率の平坦化（フラット化）が可能であると考えた。
【0053】
（２）形状の検討
次に、ホウ素（Ｂ）を使用した中性子吸収体の形状について検討を行った。
次に、ホウ素（Ｂ）を使用した中性子吸収体の形状について検討を行った。
【0054】
本発明者は、図８から得られた知見に基づき、熱外中性子のエネルギーの領域を細分化（複数の領域、好ましくは、３つ以上の領域に分割）し、各領域におけるフィルターの厚さと、シンチレータ検出面全体に占める面積比とについて定式化した連立一次方程式を解いて、各フィルターの厚さと面積比とを決定した場合、熱外中性子のエネルギーの全領域に亘って、平坦化（フラット化）された検出効率が得られると考えた。
【0055】
図９は、この考え方を模式的に示す横断面図であり、シンチレータ３ａの検出面には、（厚さｔ１×面積比ｗ１）～（厚さｔｎ×面積比ｗｎ）のｎ個のフィルター３ｂが設けられている。なお、図９において、右向きの複数本の矢印は、中性子の照射方向を示している。
【0056】
上記ｎ個のフィルターそれぞれで構成される検出器の単位中性子束当たりの応答をＲＥｉ，ｗｊとする。ここで、ｉ＝１～ｍ、ｊ＝１～ｎである。それぞれのフィルターの面積比をｗｊとすると、本強度測定装置で得られる応答ｓ１～ｓｍは、下記の行列方程式（式１）のように表すことができる。なお、面積比ｗ１～面積比ｗｎの合計（Σｗｉ）は１である。
【0057】
【数1】
【0058】
ここで、行列方程式の各項を、Ｒ、Ｗ、Ｓと表すことにより、（式１）は下記（式２）のように示すことができる。
Ｒ・Ｗ＝Ｓ・・・・・・・・・・・・・・（式２）
Ｒ・Ｗ＝Ｓ・・・・・・・・・・・・・・（式２）
【0059】
ここで、検出効率が平坦化（フラット化）されているとは、（式２）においてＳ＝定数であることを意味しており、Ｓ＝１／ｍ（ｊ＝１～ｍ）とし、解くことで形式的に（式３）のように各フィルターの面積比ｗｉが求められることになる。このプロセスは、ベイズ推定法を用いるが、これにより物理的に意味がある解を得ることが可能である。しかし、通常は、ｎがある程度大きくないと精度の高い解は得られない。しかし、そうすると、必要な要素検出器の数が多くなる。なお、フィルターの数を数個に抑えたい場合には、ベイズ推定法を用いることなく、通常の演算法を用いて解くことができる。
Ｗ＝Ｒ－１・Ｓ・・・・・・・・・・・・・（式３）
Ｗ＝Ｒ－１・Ｓ・・・・・・・・・・・・・（式３）
【0060】
（３）フィルターの設計指針
図１０と図１１にフィルターの設計指針となる考え方を示す。図１０および図１１は、ともに検出効率と中性子のエネルギーとの関係を示す図であり、これらの図の横軸は中性子のエネルギー（ｅＶ）であり、縦軸は検出効率である。
図１０と図１１にフィルターの設計指針となる考え方を示す。図１０および図１１は、ともに検出効率と中性子のエネルギーとの関係を示す図であり、これらの図の横軸は中性子のエネルギー（ｅＶ）であり、縦軸は検出効率である。
【0061】
図１０は面積が同じフィルターを設けた５個の検出部の検出効率と中性子のエネルギーとの関係を模式的に示す図であり、フィルター設計の基になるデータということができる。
【0062】
図１０に示すように、各フィルターの検出効率のフラット部は５段の階段状となっている。なお、各フラット部が占めるエネルギー領域は、それぞれフィルターの厚さによって決まる。
【0063】
図１０より、各フィルターのフラットな領域の効率を、５個のフィルターの検出部に取り付ける面積比を調整して、フラット化を開始する位置（Ｅ２～Ｅ５）を最初のフラット化開始位置（Ｅ１）まで落として並べることができれば、図１１に示すように、高エネルギー側から低エネルギー側までの全領域を同等の検出効率でカバーできると予測される。
【0064】
具体的には、図１１において、まず、検出効率の最大値ＳＵと最小値ＳＬの差σＧを、必要とされる測定精度に基づいて設定する。ＢＮＣＴの場合、σＧは例えば５％未満程度の値に設定する。
【0065】
そして、各領域において、フラット化開始位置Ｓｓｔにおける検出効率ＳＬとの交点Ｂｐ１～Ｂｐ４が得られるように、各フィルターの厚さ、および、面積比を設定する。なお、Ｅ２～Ｅ５は図１０に示す各フィルターの略フラット部における検出効率の最大値であり、Ｅｐ２～Ｅｐ５は、図１１に示す各フィルターの略フラット部における検出効率の最大値であり、ほぼＥ１と等しい。
【0066】
このとき、各フィルターの面積比ｗｉ（ｉ＝１～５）は、下記式のように表すことができる。なお、本実施の形態において、各フィルターの長さは、検出面の長さと同じで一定のため、面積比を幅の比で表すこともできる。
ｗ２／ｗ１＝Ｅｐ２／Ｅ２
ｗ３／ｗ１＝Ｅｐ３／Ｅ３
ｗ４／ｗ１＝Ｅｐ４／Ｅ４
ｗ５／ｗ１＝Ｅｐ５／Ｅ５
そして、Σｗｉ＝１の条件から、
ｗ１＝１－（ｗ２＋ｗ３＋ｗ４＋ｗ５）
ｗ２／ｗ１＝Ｅｐ２／Ｅ２
ｗ３／ｗ１＝Ｅｐ３／Ｅ３
ｗ４／ｗ１＝Ｅｐ４／Ｅ４
ｗ５／ｗ１＝Ｅｐ５／Ｅ５
そして、Σｗｉ＝１の条件から、
ｗ１＝１－（ｗ２＋ｗ３＋ｗ４＋ｗ５）
【0067】
上記演算の結果、σＧが５％未満で、ホウ素（１０Ｂ）フィルターを用いた場合、検出効率のフラット化に必要とされるフィルターの数は、最低３個であり、また、３個で十分な精度が得られることが分かった。即ち、２個ではσＧを５％未満にすることができない。一方、４個以上にしても３個の場合に比べてσＧが顕著に低減されない。
【0068】
（４）具体的なフィルターの作製
次に、上記した考え方に基づいて行った具体的なフィルターの作製について説明する。
次に、上記した考え方に基づいて行った具体的なフィルターの作製について説明する。
【0069】
まず、表面をフィルター３ｂで被覆した図６に示すようなシンチレータ３ａにおいて、フィルター３ｂの厚さの変化により検出効率がどのように変化するかを調べた。図１２に、フィルター３ｂの厚さを、０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、１０ｍｍと変化させたときの検出効率の変化を、フィルターなし（ベア状態）の場合の結果と併せて示す。なお、ここでは、フィルター３ｂとして、９０．４％濃縮１０Ｂのフィルターを用いている。
【0070】
図１２より、厚さ１０ｍｍのフィルターは熱外中性子のエネルギーが高い領域で、厚さ１．０ｍｍのフィルターは熱外中性子のエネルギーの中間の領域で、厚さ０．５ｍｍのフィルターは熱外中性子のエネルギーの低い領域で検出効率の低下を招いており、フィルターの厚さによって、検出効率を低下させる領域が異なっていることが分かる。そして、各々において、検出効率が減少する手前でフラットに近い検出効率を示す領域があることが分かる。
【0071】
この知見に基づいて、以下に示す第１段階から第３段階の手順で、本実施の形態におけるフィルターを作製した。
【0072】
（ａ）第１段階
まず、第１段階として、図１３（ａ）に示すように、シンチレータ３ａの表面全体に設けたフィルター３ｂの厚さを、０．５ｍｍからより厚い１０ｍｍに変更して、検出効率の変化を調べた。その結果、図１３（ｂ）に示すように、厚さ１０ｍｍの場合、厚さ０．５ｍｍの場合に比べて、検出効率の低下が熱外中性子のエネルギーがより高い領域から始まり、熱外中性子のエネルギーが最大の領域の近傍でほぼフラットになることが分かった。しかし、熱外中性子のエネルギーの中間の領域、およびエネルギーの低い領域では、フラットな位置を超えて検出効率が低下しており、これだけでは、領域全体に亘って検出効率が平坦化できているとは言えない。なお、ここでは、シンチレータ３ａとしてはＬｉＣａＦシンチレータを用い、フィルター３ｂとしてはホウ素（１０Ｂ９０．４％）フィルターを用いた。
まず、第１段階として、図１３（ａ）に示すように、シンチレータ３ａの表面全体に設けたフィルター３ｂの厚さを、０．５ｍｍからより厚い１０ｍｍに変更して、検出効率の変化を調べた。その結果、図１３（ｂ）に示すように、厚さ１０ｍｍの場合、厚さ０．５ｍｍの場合に比べて、検出効率の低下が熱外中性子のエネルギーがより高い領域から始まり、熱外中性子のエネルギーが最大の領域の近傍でほぼフラットになることが分かった。しかし、熱外中性子のエネルギーの中間の領域、およびエネルギーの低い領域では、フラットな位置を超えて検出効率が低下しており、これだけでは、領域全体に亘って検出効率が平坦化できているとは言えない。なお、ここでは、シンチレータ３ａとしてはＬｉＣａＦシンチレータを用い、フィルター３ｂとしてはホウ素（１０Ｂ９０．４％）フィルターを用いた。
【0073】
（ｂ）第１段階～第２段階
そこで、次に、図１４（ａ）に示すように、厚さｔ１（１０ｍｍ）のフィルターＦ１の一部を除去して空きスペースを設け、フィルターＦ１の幅を狭める加工を行って、再度、検出効率の変化を調べたところ、図１４（ｂ）に示すように、熱外中性子エネルギー領域の中間領域、および、エネルギーの低い領域において、図１３に示すフラットな位置を超えて検出効率が上昇していることが分かった。
そこで、次に、図１４（ａ）に示すように、厚さｔ１（１０ｍｍ）のフィルターＦ１の一部を除去して空きスペースを設け、フィルターＦ１の幅を狭める加工を行って、再度、検出効率の変化を調べたところ、図１４（ｂ）に示すように、熱外中性子エネルギー領域の中間領域、および、エネルギーの低い領域において、図１３に示すフラットな位置を超えて検出効率が上昇していることが分かった。
【0074】
（ｃ）第２段階
この上昇した検出効率をフラットな位置まで低下させるため、次に、第２段階として、図１５（ａ）に示すように、空きスペースに厚さｔ２（１ｍｍ）のフィルターＦ２を形成させ、検出効率の変化を調べた。その結果、図１５（ｂ）に示すように、熱外中性子のエネルギーの中間の領域まで、検出効率をほぼ平坦化できたが、エネルギーの低い領域では、検出効率が低下しており、未だ、領域全体に亘って、検出効率を平坦化できているとは言えない。
この上昇した検出効率をフラットな位置まで低下させるため、次に、第２段階として、図１５（ａ）に示すように、空きスペースに厚さｔ２（１ｍｍ）のフィルターＦ２を形成させ、検出効率の変化を調べた。その結果、図１５（ｂ）に示すように、熱外中性子のエネルギーの中間の領域まで、検出効率をほぼ平坦化できたが、エネルギーの低い領域では、検出効率が低下しており、未だ、領域全体に亘って、検出効率を平坦化できているとは言えない。
【0075】
（ｄ）第２段階～第３段階
そこで、上記と同様に、図１６（ａ）に示すように、厚さｔ２（１ｍｍ）のフィルターＦ２の一部を除去して空きスペースを設け、フィルターＦ２の幅を狭める加工を行って、検出効率の変化を調べたところ、図１６（ｂ）に示すように、エネルギーの低い領域において、検出効率が上昇することが分かった。
そこで、上記と同様に、図１６（ａ）に示すように、厚さｔ２（１ｍｍ）のフィルターＦ２の一部を除去して空きスペースを設け、フィルターＦ２の幅を狭める加工を行って、検出効率の変化を調べたところ、図１６（ｂ）に示すように、エネルギーの低い領域において、検出効率が上昇することが分かった。
【0076】
（ｅ）第３段階
この上昇した検出効率をフラットな位置まで低下させるため、次に、第３段階として、図１７（ａ）に示すように、空きスペースに厚さｔ３（１ｍｍ）のフィルターＦ３を形成させ、検出効率の変化を調べた。その結果、図１７（ｂ）に示すように、熱外中性子のエネルギーの低い領域まで、全領域に亘って、検出効率がほぼ平坦化できることが分かった。
この上昇した検出効率をフラットな位置まで低下させるため、次に、第３段階として、図１７（ａ）に示すように、空きスペースに厚さｔ３（１ｍｍ）のフィルターＦ３を形成させ、検出効率の変化を調べた。その結果、図１７（ｂ）に示すように、熱外中性子のエネルギーの低い領域まで、全領域に亘って、検出効率がほぼ平坦化できることが分かった。
【0077】
上記（ａ）～（ｅ）の設計に基づいて作製されたフィルターを図１８に示す。フィルターの個数は３個であり、フィルターの全幅を２ｍｍとした場合、第１フィルターＦ１、第２フィルターＦ２、第３フィルターＦ３各フィルターの厚さおよび幅として、ｔ１＝１０ｍｍ、Ｗ１＝１．８ｍｍ、ｔ２＝１．３ｍｍ、Ｗ２＝０．１７４ｍｍ、ｔ３＝０．１５ｍｍ、Ｗ３＝０．０２６ｍｍが求められた。
【0078】
そして、それぞれ上記した厚さと幅を有する第１～第３の３個の部分Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３を備える検出部３を作製し、検出効率と中性子線のエネルギーの関係を調べた結果、図１９の■に示すように、熱外中性子の領域において検出効率がほぼフラット化されていることが確認された。そして、このようなフィルターで覆われたシンチレータを用いて、熱外中性子の数を計測して、周知の演算方法に従って、所定の演算を施すことにより熱外中性子束の絶対強度を求めたところ、その不確かさσＧは、目標である５％を下回る４．８２％と試算され、これにより、本実施の形態に基づいた場合、リアルタイムに高い精度で計測を行えることが確認できた。
【0079】
なお、上記において、「周知の演算方法に従って、所定の演算を施す」の一例としては例えば、以下のように行う。図１８のフィルターで覆われたシンチレータによる計数率をＣ、図１９のフラット部分の検出効率をＥｆｆ（１／ｓｏｕｒｃｅ）、シンチレータの線源からの見かけの面積をＳ、並びに、カレントフラックス比をＣＦとすると、フラックスφは、以下の様に計算できる。なお、ＣＦはＢＮＣＴの施設によるが、０．７～０．８であり、施設ごとに設計結果として与えられている。
φ＝Ｃ／Ｓ／Ｅｆｆ／ＣＦ
φ＝Ｃ／Ｓ／Ｅｆｆ／ＣＦ
【0080】
［３］第２の実施の形態
以下、第２の実施の形態について具体的に説明する。
以下、第２の実施の形態について具体的に説明する。
【0081】
第１の実施の形態においては、熱外中性子のエネルギーの分布に対応した厚さ分布に形成された、図１８に示すような一体型のフィルターを作製して、中性子吸収体としているが、このようなフィルターでは、第３部分Ｆ３においては、幅が０．０２６ｍｍと極端に小さくなっており、その作製は容易なことではない。また、中性子の照射角度によっては、フィルター厚さの小さな第２フィルターＦ２、第３フィルターＦ３が機能しない場合がある。
【0082】
そこで、本実施の形態においては、一体型のフィルターではなく、厚さだけが異なる複数の検出部を作製して、各検出部を強度測定装置に繋げ、それぞれの検出部において、厚さに対応したエネルギー領域における中性子の数を計測して、後述する演算処理により、熱外中性子束の絶対強度を推定する。このような厚さだけが異なる検出部は容易に作製することができる。また、中性子の照射角度による影響を受けることがなく、どのような照射場、患者環境であっても、熱外中性子束の絶対強度を、その場でリアルタイムに測定することができる。
【0083】
即ち、本実施の形態に係る熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置も、第１の実施の形態と同様に、ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）において患者に照射される熱外中性子束の絶対強度を、その場でリアルタイムに測定する熱外中性子束のリアルタイム絶対強度測定装置であるが、本実施の形態においては、熱外中性子を検出する検出素子として、リチウムまたはホウ素を含有する３個以上のシンチレーション検出器が用いられている。そして、各々のシンチレーション検出器の周りは、互いに厚さの異なる中性子吸収体により覆われており、中性子吸収体のそれぞれの厚さが、３つ以上の領域に分割された熱外中性子のエネルギーの分布に対応した厚さに形成されている。そして、各々のシンチレーション検出器により計測された患者に照射された熱外中性子の数に対して所定の演算を施すことにより、熱外中性子束の絶対強度が得られるように構成されている。
【0084】
例えば、図１８に示した１つのフィルターが設けられた検出部に替えて、図２０（ａ）～（ｃ）に示すように、検出部におけるシンチレータ（２ｍｍ×２ｍｍ）３ａの検出面に、厚さが１０ｍｍ（ｔ１）、１．３ｍｍ（ｔ２）、０．１５ｍｍ（ｔ３）に形成された３つのフィルターＦ１、Ｆ２、Ｆ３の各々で覆われた３つの検出部（以下、順に、モニターＡ、モニターＢ、モニターＣという）を設ける。
【0085】
このような検出部を設けて、適切に演算することにより、一体型のフィルターを用いる第１の実施の形態と同様に、リアルタイムに高い精度で計測を行うことができる。
【0086】
ここで、上記した所定の演算方法について、具体的に説明する。各モニターＡ、Ｂ、Ｃにおいてカウントされた中性子数ａ（／ｓ）、ｂ（／ｓ）、ｃ（／ｓ）、図１８に示した各幅、ｗ１（１．８ｍｍ）、ｗ２（０．１７４ｍｍ）、ｗ３（０．０２６ｍｍ）およびその合計、ｗ＝ｗ１＋ｗ２＋ｗ３、実効検出効率Ｅｆｆ（１／ｓｏｕｒｃｅ）、検出部の見かけの面積Ｓ、並びに、カレントフラックス比ＣＦを用いて、下記（式４）により中性子線束φ（中性子数／ｃｍ２・ｓ）を算出する。
φ＝（ａ×ｗ１＋ｂ×ｗ２＋ｃ×ｗ３）／ｗ／（Ｓ×Ｅｆｆ×ＣＦ）（式４）
φ＝（ａ×ｗ１＋ｂ×ｗ２＋ｃ×ｗ３）／ｗ／（Ｓ×Ｅｆｆ×ＣＦ）（式４）
【0087】
本実施の形態による実効検出効率Ｅｆｆは、図２０のそれぞれの検出部の効率Ｅｆｆａ、Ｅｆｆｂ、およびＥｆｆｃを用いて、Ｅｆｆ＝Ｅｆｆａ×ｗ１／ｗ＋Ｅｆｆｂ×ｗ２／ｗ＋Ｅｆｆｃ×ｗ３／ｗ）となり、その不確かさσＧは、４．９１％と試算され、第１の実施の形態において試算された不確かさ４．８２％とほどよい一致を示していることが確認できた。
【0088】
本実施の形態においては、検出部を３つのモニターに分割し、各検出部の検出面の全体に中性子吸収層を設けているため、微細な加工を必要としない。また、図１８に示した検出部の照射面には段差が存在したのに対して、照射される検出面が平面であるため、照射角度の影響を受け難い。また、分割された後のそれぞれのモニターは、それぞれ２×２ｍｍと小さいため、３個を並置してもＢＮＣＴへの適用に際して、サイズ面における支障は生じない。
【0089】
［４］より好ましい態様
（１）シンチレータの材質
シンチレータの好ましい材料としては、前記のようにＬｉＣａＦのようにＬｉが挙げられる。しかし、Ｌｉを用いたシンチレータの場合、図２１に示すように２００～３００ｋｅＶの高速中性子に対する検出効率が高いという欠点がある。検出効率は、前記した図３、図４にも示したように、反応断面積と関係しており、２００～３００ｋｅＶの検出効率が熱外中性子の検出効率より高くなるのは、６Ｌｉ（ｎ，α）反応を用いた場合の問題点である。
（１）シンチレータの材質
シンチレータの好ましい材料としては、前記のようにＬｉＣａＦのようにＬｉが挙げられる。しかし、Ｌｉを用いたシンチレータの場合、図２１に示すように２００～３００ｋｅＶの高速中性子に対する検出効率が高いという欠点がある。検出効率は、前記した図３、図４にも示したように、反応断面積と関係しており、２００～３００ｋｅＶの検出効率が熱外中性子の検出効率より高くなるのは、６Ｌｉ（ｎ，α）反応を用いた場合の問題点である。
【0090】
そこで、本発明者は、６Ｌｉ（ｎ，α）反応に替えて、１０Ｂ（ｎ，α）反応を用いることが好ましいと考えた。ホウ素は光を通さないため、ホウ素単体では、シンチレータとして使用できないが、近年ホウ素を有機物にドープした固形状あるいは液状のシンチレータが開発されている。特に、ホウ素を有機プラスチックにドープした固形状のシンチレータは、検出部の構成を単純にできるため、検出部の小型化にとっても好ましい。
【0091】
このようなシンチレータとして、Ｅｌｊｅｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製の有機プラスチックシンチレータＥＪ２５４やＢｉｃｒｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社製のＢＣ４５４が挙げられる。これらのシンチレータは、有機プラスチックに天然のホウ素がドープされている。例えば、ＥＪ２５４は、ポリビニルトルエン（ＰＶＴ）に天然産のホウ素が５質量％程度ドープされ、１０Ｂを約１質量％の比率で含有しており、中性子の検出機能を有するとともに透明性が確保されている。
【0092】
ＥＪ２５４は、１０Ｂ（ｎ，α）反応を利用し測定するため、その反応断面積を６Ｌｉ（ｎ，α）反応の反応断面積と比較した。図２２は、６Ｌｉ（ｎ，α）反応における中性子のエネルギーと反応断面積との関係を示す図である。そして、図２３は、１０Ｂ（ｎ，α）反応における中性子のエネルギーと反応断面積との関係を示す図である。図２２、図２３より、１０Ｂ（ｎ，α）反応の方が、６Ｌｉ（ｎ，α）反応よりも、熱外中性子領域に比べて高エネルギー中性子の反応断面積がより小さくなっていることが分かる。
【0093】
図２４に、有機プラスチックシンチレータＥＪ２５４を用いた場合のフィルターの有無による検出効率の変化を示す。図２４より、有機プラスチックシンチレータＥＪ２５４シンチレータを用いることにより、２００～３００ｋｅＶの高速中性子に対する検出効率が低減され、検出ピークが消失しており、熱外領域よりも検出効率が下がっていることが確認された。
【0094】
（２）フィルターの構成
（ａ）加工性の向上
中性子吸収体を構成するフィルターのホウ素（Ｂ）としては、前記したように、１０Ｂの濃縮度が高い材料が好ましく、ここで示している設計結果では、その一例として、９０．４濃縮のホウ素を用いている。しかしながら、図２０（Ｃ）に示すモニターＣのように、シンチレータ上に厚さ０．１５ｍｍと、薄い厚さでフィルターを形成することは難しい。
（ａ）加工性の向上
中性子吸収体を構成するフィルターのホウ素（Ｂ）としては、前記したように、１０Ｂの濃縮度が高い材料が好ましく、ここで示している設計結果では、その一例として、９０．４濃縮のホウ素を用いている。しかしながら、図２０（Ｃ）に示すモニターＣのように、シンチレータ上に厚さ０．１５ｍｍと、薄い厚さでフィルターを形成することは難しい。
【0095】
そこで、このような薄い厚さのフィルターに代えて、１０Ｂが９０．４％まで濃縮された、もしくは天然含有率である１９．９％を含むホウ素を含有する窒化物ＢＮなどの化合物を用いてフィルターを形成することが好ましい。例えば、ＢＮを用いることにより、熱外中性子の捕捉機能を変えずに厚さを１．２ｍｍと大きくすることができるため、加工を容易にすることができる。
【0096】
（ｂ）熱中性子検出の排除
フィルターを１０Ｂ９０．４など、高濃縮のホウ素だけで構成した場合、図１９に示すように熱中性子の検出を十分に除外することができない。これは、モニターＣのようにフィルターの厚さを小さくした場合、熱中性子の透過を防止できないためである。そこで、フィルターの厚さが薄い場合には、フィルターをカバーするように厚さが０．５ｍｍのＣｄフィルターを配置することが好ましい。これにより、熱中性子の透過がほぼ完全に防止されるため、熱外中性子の数をより正確に計測して、熱外中性子束の絶対強度を精度高く推定することができる。
フィルターを１０Ｂ９０．４など、高濃縮のホウ素だけで構成した場合、図１９に示すように熱中性子の検出を十分に除外することができない。これは、モニターＣのようにフィルターの厚さを小さくした場合、熱中性子の透過を防止できないためである。そこで、フィルターの厚さが薄い場合には、フィルターをカバーするように厚さが０．５ｍｍのＣｄフィルターを配置することが好ましい。これにより、熱中性子の透過がほぼ完全に防止されるため、熱外中性子の数をより正確に計測して、熱外中性子束の絶対強度を精度高く推定することができる。
【0097】
（ｃ）具体的な構成例
上記に基づいて、対象モニター毎に作製されたフィルターの具体的な構成の一例を表１に示す。
上記に基づいて、対象モニター毎に作製されたフィルターの具体的な構成の一例を表１に示す。
【0098】
【表1】
【0099】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。なお、本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。
【符号の説明】
【0100】
１ 熱外中性子束の強度測定装置
２ 光ファイバ
３ 検出部（モニター部）
３ａ シンチレータ
３ｂ フィルター
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３ フィルターの部分
４ 増幅部
ｔ１、ｔ２、ｔ３ フィルターの厚さ
Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３ フィルターの幅
２ 光ファイバ
３ 検出部（モニター部）
３ａ シンチレータ
３ｂ フィルター
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３ フィルターの部分
４ 増幅部
ｔ１、ｔ２、ｔ３ フィルターの厚さ
Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３ フィルターの幅
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】