本申请主张基于2017年3月29日申请的日本专利申请第2017-066025号的优先权。其申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。
本发明涉及一种中子俘获治疗法系统及中子俘获治疗法用γ射线检测器。
背景技术：
作为癌症治疗等中的放射线治疗法之一，具有通过中子射线的照射进行癌症治疗的硼中子俘获治疗法(bnct：boronneutroncapturetherapy)。硼中子俘获治疗法中，将中子射线照射到被施用含有硼的药剂的患者的患部，并使硼与中子的反应在癌细胞中产生而破坏癌细胞。
这种硼中子俘获治疗法中，期望实时测定患者体内的硼浓度。专利文献1中记载有中子俘获治疗法装置，该中子俘获治疗法装置具备检测伴随中子射线与硼的反应而产生的γ射线的γ射线检测器，能够从与通过γ射线探测部检测的γ射线有关的信息计算患者体内的硼浓度。
专利文献1：日本特开2016-159107
由于中子俘获治疗法的治疗环境为高强度的中子场，γ射线检测器容易劣化。因此，有可能降低γ射线的检测精度。由此，在高强度的中子场中也要求高精度地检测γ射线。
技术实现要素：
本发明是为了解决这种课题而完成的，其目的在于提供一种在高强度的中子场中也能够高精度地检测γ射线的中子俘获治疗法系统及中子俘获治疗法用γ射线检测器。
本发明的一方式所涉及的中子俘获治疗法系统，其具备：中子射线生成部，产生中子射线；被照射体载置部，载置照射中子射线的被照射体；及γ射线探测部，检测因被照射中子射线而从被照射体放出的γ射线，γ射线探测部具有：放出部，通过入射γ射线放出光或电子；放大部，与放出部相邻而设置，并放大从放出部放出的光或所述电子而输出；第1中子射线屏蔽部，由含有锂6的物质形成；及第2中子射线屏蔽部，设置于比第1中子射线屏蔽部更靠外侧，并由轻元素形成，第1中子射线屏蔽部以至少覆盖放出部的面中的与和放大部相邻的相邻面相反的一侧的面的方式设置。
该中子俘获治疗法系统中，γ射线探测部具有：由含有锂6的物质形成的第1中子射线屏蔽部；及设置于比第1中子射线屏蔽部更靠外侧，并由轻元素形成的第2中子射线屏蔽部。入射到γ射线探测部的放出部的中子射线被第1中子射线屏蔽部及第2中子射线屏蔽部屏蔽，因此能够抑制放出部的劣化。并且，锂6与轻元素相比，屏蔽中子射线的功能高，因此能够可靠地屏蔽入射到放出部的中子射线。由此，在高强度的中子场中也能够抑制放出部的劣化，并能够高精度地检测γ射线。
一方式所涉及的中子俘获治疗法系统中，γ射线探测部还可以具有设置于第1中子射线屏蔽部与第2中子射线屏蔽部之间的γ射线屏蔽部。根据该结构，能够抑制γ射线从放出部中的除了与和放大部相邻的相邻面相反的一侧的面以外的面入射到放出部。
一方式所涉及的中子俘获治疗法系统中，第1中子射线屏蔽部也可以以覆盖放出部的面中的除了相邻面以外的面的方式设置。根据该结构，能够更可靠地屏蔽入射到放出部的中子射线。
一方式所涉及的中子俘获治疗法系统中，覆盖相反的一侧的面的第1中子射线屏蔽部的厚度也可以大于覆盖放出部的其他面的第1中子射线屏蔽部的厚度。和入射到与相邻面相反的一侧的面的中子剂量相比，入射到其他面的中子剂量少。由此，使覆盖中子射线的入射量少的放出部的面的第1中子射线屏蔽部的厚度相对变小，从而能够减少昂贵的锂6的使用量。
本发明的一方式所涉及的中子射线俘获治疗法用γ射线检测器具备：放出部，通过入射γ射线放出光或电子；放大部，与放出部相邻而设置，并放大从放出部放出的光或电子而输出；第1中子射线屏蔽部，由含有锂6的物质形成；及第2中子射线屏蔽部，设置于比第1中子射线屏蔽部更靠外侧，并由轻元素形成，第1中子射线屏蔽部以至少覆盖放出部的面中的与和放大部相邻的相邻面相反的一侧的面的方式设置。
该中子俘获治疗法用γ射线探测器具备：第1中子射线屏蔽部，由含有锂6的物质形成；及第2中子射线屏蔽部，设置于比第1中子射线屏蔽部更靠外侧，并由轻元素形成。入射到γ射线探测部的放出部的中子射线被第1中子射线屏蔽部及第2中子射线屏蔽部屏蔽，因此能够抑制放出部的劣化。并且，锂6与轻元素相比，屏蔽中子射线的功能高，因此能够可靠地屏蔽入射到放出部的中子射线。由此，在高强度的中子场中也能够抑制放出部的劣化，并能够高精度地检测γ射线。
发明效果
根据本发明，能够提供一种在高强度的中子场中也能够高精度地检测γ射线的中子俘获治疗法系统及中子俘获治疗法用γ射线检测器。
附图说明
图1是示意地表示本发明的一实施方式所涉及的中子俘获治疗法系统的图。
图2是示意地表示γ射线探测部的剖视图。
图3是表示沿着图2的iii-iii线的剖面的图。
图4是示意地表示图1所示的中子俘获治疗法系统的变形例的图。
图中：1、2：中子俘获治疗法系统，10-中子射线生成部，11-加速器，12-负离子源，13-射束传输部，13a-射束传输线路，13b-四极电磁铁，13c-电流监视器，13d-扫描电磁铁，14-中子射线照射部，14a-靶，14b-减速部件，14c-屏蔽体，14d-准直器，14a-开口，20-被照射体载置部，30、50-γ射线探测部，31-放出部，31a-相邻面，31b-入射面，31c、31d、31e、31f-侧面，32-放大部，32a-入射窗，33-第1中子射线屏蔽部，34-第2中子射线屏蔽部，35-γ射线屏蔽部，36-γ射线检测用准直器，40-控制部，50-γ射线探测部，100-中子俘获治疗法用γ射线检测器，g-γ射线，h-患者(被照射体)，n-中子射线，p-带电粒子束。
具体实施方式
以下，参考附图对各种实施方式进行详细说明。另外，各附图中对相同或相应的部分附加相同的符号，并省略重复的说明。
图1是示意地表示本发明的一实施方式所涉及的中子俘获治疗法系统的图。图1所示的中子俘获治疗法系统1是进行使用了硼中子俘获治疗法(bnct：boronneutroncapturetherapy)的癌症治疗的装置。中子俘获治疗法系统1中，例如将中子射线n照射到被施用含有硼(10b)的药剂的患者(被照射体)h的肿瘤。
中子俘获治疗法系统1具备：产生中子射线的中子射线生成部10；载置照射中子射线的患者h的被照射体载置部20；及检测从患者h放出的γ射线g的γ射线探测部30。
中子射线生成部10具有加速器11、负离子源12、射束传输部13及中子射线照射部14。加速器11对通过负离子源12生成的负离子(也称为阴离子)进行加速而生成带电粒子束p。加速器11例如为回旋加速器。加速器11例如具有生成射束半径为40mm、60kw(＝30mev×2ma)的带电粒子束p的能力。另外，加速器11不限定于回旋加速器，例如可以是同步加速器、同步回旋加速器、直线加速器等。并且，中子射线生成部可以是原子炉。
从加速器11射出的带电粒子束p导入到射束传输部13。射束传输部13具有射束传输线路13a、四极电磁铁13b、电流监视器13c及扫描电磁铁13d。加速器11与射束传输线路13a的一端侧连接，中子射线照射部14与射束传输线路13a的另一端侧连接。带电粒子束p通过射束传输线路13a内而朝向中子射线照射部14行进。
四极电磁铁13b沿着射束传输线路13a设置有多个，使用电磁铁进行带电粒子束p的射束轴调整。电流监视器13c实时检测带电粒子束p的电流值(电荷、照射剂量率)。在电流监视器13c中例如使用不会对带电粒子束p带来影响而能够测定电流的非破坏型dcct(dccurrenttransformer，直流电流互感器)。即，电流监视器13c能够不与带电粒子束p接触(以非接触)而检测带电粒子束p的电流值。电流监视器13c向后述控制部40输出检测结果。另外，“剂量率”是指每单位时间的剂量。
具体而言，为了高精度地检测照射到中子射线照射部14的靶14a的带电粒子束p的电流值，电流监视器13c在比四极电磁铁13b更靠下游侧(带电粒子束p的下游侧)的位置设置于扫描电磁铁13d的紧前方(即将到达扫描电磁铁13d的前方)，以排除四极电磁铁13b的影响。即，扫描电磁铁13d以不会始终对靶14a的相同的部位照射带电粒子束p的方式进行扫描，因此在将电流监视器13c配设于比扫描电磁铁13d更靠下游侧的情况下需要大型电流监视器13c。相对于此，通过将电流监视器13c设置于比扫描电磁铁13d更靠上游侧，从而能够使电流监视器13c小型化。
扫描电磁铁13d扫描带电粒子束p而进行对靶14a的带电粒子束p的照射控制。该扫描电磁铁13d控制对靶14a的带电粒子束p的照射位置。
中子射线照射部14通过带电粒子束p照射到靶14a而产生中子射线n，并朝向患者h射出中子射线n。中子射线照射部14具备靶14a、减速部件14b、屏蔽体14c及准直器14d。
靶14a受到带电粒子束p的照射而生成中子射线n。在此的靶14a例如通过铍(be)、锂(li)、钽(ta)或钨(w)等形成，例如呈直径160mm的圆板状。另外，靶14a不限定于圆板状，可以是其他固态形状，也可以使用液态的靶(液态金属)。
减速部件14b使在靶14a中生成的中子射线n减速，并降低中子射线n的能量。减速部件14b具有层叠结构，该层叠结构包括：第1减速部件14b1，主要使包含在中子射线n的快中子射线减速；及第2减速部件14b2，主要使包含在中子射线n的超热中子射线减速。
屏蔽体14c对已产生的中子射线n、随着中子射线n的产生而在靶14a中产生的γ射线g等二次放射线、及中子射线n通过减速部件14b减速时在减速部件14b中所产生的γ射线g等二次放射线进行屏蔽，抑制这些放射线放出到患者h侧。屏蔽体14c以包围减速部件14b的方式设置。
准直器14d对中子射线n的照射场进行整形，具有中子射线n通过的开口14a。准直器14d是例如在中央具有开口14a的块状部件。
被照射体载置部20构成为能够调整患者h的高度及位置等，以便从准直器14d的开口14a射出的中子射线n照射到患者h的肿瘤。中子俘获治疗法系统1具备例如用于将中子射线n照射到患者h的照射室，被照射体载置部20也可以配置于照射室。照射室也可以被抑制从室外侵入到室内的放射线及从室内放出到室外的放射线的屏蔽壁包围。
γ射线探测部30用于实时测定照射中子射线n时的患者h体内的硼浓度。γ射线探测部30检测随着中子与硼的反应而产生的γ射线g来测定硼浓度。γ射线探测部30为了检测从患者h放出的γ射线g，例如配置于患者h的肿瘤附近。对γ射线探测部30的详细结构进行后述。
并且，中子俘获治疗法系统1具备控制部40。控制部40由cpu(centralprocessingunit，中央处理器)、rom(readonlymemory，只读存储器)、ram(randomaccessmemory，随机存取存储器)等构成，是综合地控制中子俘获治疗法系统1的电子单元。
接着，参考图2及图3，对γ射线探测部30进行详细说明。图2是示意地表示γ射线探测部的剖视图。图3是表示沿着图2的iii-iii线的剖面的图。
如图2及图3所示，γ射线探测部30具有放出部31、放大部32、第1中子射线屏蔽部33及第2中子射线屏蔽部34。并且，γ射线探测部30具有设置于第1中子射线屏蔽部33与第2中子射线屏蔽部34之间的γ射线屏蔽部35及γ射线检测用准直器36。以下，将来自患者h的γ射线g不偏转而入射的方向设为x轴向，将上下方向设为z轴向，将与x轴向及z轴向正交的方向设为y轴向。尤其，将γ射线g的行进方向设为x轴正方向。
γ射线检测用准直器36、放出部31、及放大部32沿着x轴向依次配置。第1中子射线屏蔽部33配置成覆盖放出部31。γ射线屏蔽部35设置成覆盖γ射线检测用准直器36、放出部31、放大部32及第1中子射线屏蔽部33。第2中子射线屏蔽部34设置成覆盖γ射线检测用准直器36、放出部31、放大部32、第1中子射线屏蔽部33及γ射线屏蔽部35。
γ射线检测用准直器36上形成有沿着x轴向贯通的贯通孔。γ射线检测用准直器36由例如铅等具有屏蔽γ射线g的功能的材料形成。从患者h放出的γ射线g通过形成于γ射线检测用准直器36的贯通孔入射到放出部31。γ射线检测用准直器36设置于后述的放出部31的入射面31b侧。
放出部31通过入射来自患者h的γ射线g放出光或电子。放出部31例如呈长方体状，并具有与放大部32相邻的相邻面31a(x轴正侧的一面)、位于与相邻面31a的相反的一侧并入射来自患者h的γ射线g的入射面31b(x轴负侧的一面)及连接相邻面31a和入射面31b的4个侧面31c、31d、31e、31f。本实施方式中，放出部31例如为闪烁体。闪烁体是将已入射的放射线(中子射线n及γ射线g等)转换成光的荧光体。闪烁体中，内部结晶根据已入射的放射线的剂量成为激发态，而产生闪烁光。作为闪烁体，例如能够使用labr3、lacl3、cebr、gagg、sri2、luag等。另外，放出部31不一定是闪烁体，还可以是通过入射放射线来放出电子的半导体器件。
放大部32放大从放出部31放出的光或电子而输出。放大部32设置成与放出部31接触。更具体而言，放大部32设置于放出部31的相邻面31a侧(x轴正侧)。本实施方式中，与放出部31接触的放大部32的一面上设置有入射窗32a，放大部32放大从放出部31放出的光。作为放大部32，能够采用例如光电倍增管或光电管等光检测器或者apd或sipm之类的半导体光检测器。通过放大部32放大的信号例如被输出到控制部40。
第1中子射线屏蔽部33用于抑制向放出部31的中子射线n的入射。第1中子射线屏蔽部33以至少覆盖放出部31中的与和放大部32的相邻面31a相反的一侧的面即入射面31b的方式设置。本实施方式中，第1中子射线屏蔽部33以覆盖除了与放大部32的相邻面31a以外的面(入射面31b及侧面31c、31d、31e、31f)的方式设置。并且，为了抑制中子射线n从放大部32的入射窗32a入射，第1中子射线屏蔽部33设置成也覆盖入射窗32a及放大部32的一部分。
本实施方式中，覆盖放出部31的入射面31b的第1中子射线屏蔽部33的厚度tb大于覆盖侧面31c、31d、31e、31f(放出部31的其他面)的第1中子射线屏蔽部33的厚度tc、td、te、tf。并且，第1中子射线屏蔽部33的厚度tc、td、te、tf能够根据配置有γ射线探测部30的环境而适当设定。例如，在y轴向中的中子射线n的入射较多的环境中配置γ射线探测部30时，如图3所示，将覆盖y轴向中的放出部31的侧面31c、31d的第1中子射线屏蔽部33的厚度tc、td设定成大于覆盖z轴向中的放出部31的侧面31e、31f的第1中子射线屏蔽部33的厚度te、tf。
第1中子射线屏蔽部33例如由屏蔽中子射线n的功能高且因中子射线n的入射而导致γ射线g的放出较少的含有锂6的物质形成。具体而言，第1中子射线屏蔽部33能够由氟化锂6、6li玻璃闪烁体、6licaf闪烁体、涂布了6lif的塑料闪烁体或6lif/zns闪烁体等具有屏蔽中子射线n的功能的物质形成。锂6的含量优选为11％～24％以上。第1中子射线屏蔽部33由含有氟化锂6的物质形成时，覆盖放出部31的入射面31b的第1中子射线屏蔽部33的厚度tb例如能够设为1mm～2mm左右。
第2中子射线屏蔽部34与第1中子射线屏蔽部同样地用于抑制向放出部31的中子射线n的入射。第2中子射线屏蔽部34设置于比第1中子射线屏蔽部33更靠外侧。放出部31的入射面31b侧(γ射线探测部30的x轴负侧)中的第2中子射线屏蔽部34的厚度设置成大于其他部分中的第2中子射线屏蔽部34的厚度。并且，与第1中子射线屏蔽部33的厚度同样地，第2中子射线屏蔽部34的厚度能够根据配置有γ射线探测部30的环境而适当设定。例如，在y轴向中的中子射线n的入射较多的环境中配置γ射线探测部30时，能够将放出部31的侧面31c侧及侧面31d侧(y轴向的两端侧)中的第2中子射线屏蔽部34的厚度设定成大于放出部31的侧面31e侧及侧面31f侧(z轴向的两端侧)中的第2中子射线屏蔽部34的厚度。第2中子射线屏蔽部34例如由含有氢的轻元素形成。其中，轻元素是指原子序数为20号以下的元素。
γ射线屏蔽部35用于抑制γ射线g从除了入射面31b以外的面入射到放出部31。γ射线屏蔽部35设置于第1中子射线屏蔽部33与第2中子射线屏蔽部34之间。更具体而言，γ射线屏蔽部35设置于放出部31的相邻面31a侧(x轴正侧)、放出部31的侧面31c侧及侧面31d侧(y轴向中的两端侧)、放出部31的侧面31e侧及侧面31f侧(z轴向中的两端侧)。γ射线屏蔽部35例如由铅等具有屏蔽γ射线g的功能的含有重元素的材料形成。其中，重元素是指原子序数大于20号的元素。
γ射线探测部30也能够作为本发明的一方式所涉及的中子俘获治疗法用γ射线检测器100而单独使用。中子俘获治疗法用γ射线检测器100的结构与γ射线探测部30相同，因此省略其说明。
如以上说明，中子俘获治疗法系统1中，γ射线探测部30具有由含有锂6的物质形成的第1中子射线屏蔽部33及设置于比第1中子射线屏蔽部33更靠外侧并由轻元素形成的第2中子射线屏蔽部34。入射到γ射线探测部30的放出部31的中子射线n通过第1中子射线屏蔽部33及第2中子射线屏蔽部34来屏蔽，因此能够抑制放出部31的劣化。并且，锂6与轻元素相比，屏蔽中子射线n的功能高，因此能够可靠地屏蔽入射到放出部31的中子射线n。由此，在高强度的中子场中，也能够抑制放出部的劣化，并能够高精度地检测γ射线g。
并且，γ射线探测部30还具有设置于第1中子射线屏蔽部33与第2中子射线屏蔽部34之间的γ射线屏蔽部35。由此，还能够抑制γ射线g从放出部31中的除了与和放大部32的相邻面31a相反的一侧的入射面31b以外的面入射到放出部31。并且，通过γ射线屏蔽部35设置于比第2中子射线屏蔽部34更靠内侧，能够屏蔽通过中子射线n入射到第2中子射线屏蔽部34而产生的γ射线g。
并且，第1中子射线屏蔽部33设置于覆盖放出部31的面中除了相邻面31a以外的面。由此，能够更可靠地屏蔽入射到放出部31的中子射线n。
并且，覆盖与相邻面31a的相反的一侧的入射面31b的第1中子射线屏蔽部33的厚度大于覆盖放出部31的其他面的第1中子射线屏蔽部33的厚度。与入射到入射面31b的中子剂量相比，入射到其他面的中子剂量少。由此，将覆盖中子射线n的入射量少的放出部31的面的第1中子射线屏蔽部33的厚度设为相对较小，从而能够减少昂贵的锂6的使用量。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明不限定于上述实施方式，能够采用各种变形方式。例如，上述实施方式中，第1中子射线屏蔽部33设置成覆盖除了放出部31的相邻面31a以外的面，但是第1中子射线屏蔽部33的形状能够根据配置有γ射线探测部30的环境及配置有γ射线探测部30的方向等任意变更。图4是示意地表示图1所示的中子俘获治疗法系统的变形例的图。如图4所示，中子俘获治疗法系统2具备γ射线探测部50来代替γ射线探测部30。γ射线探测部50相对于中子射线生成部10倾斜地配置，位于与中子射线生成部10相反的一侧的放出部31的侧面31c不通过第1中子射线屏蔽部33覆盖。这种中子俘获治疗法系统2中，来自放出部31的侧面31c侧的中子射线n的入射量比来自其他方向的入射量少，因此放出部31的侧面31c也可以不通过第1中子射线屏蔽部33覆盖。由此，能够进一步减少锂6的使用量。
并且，上述实施方式中，作为放出部31使用了闪烁体，但是放出部31可以是通过入射放射线来放出电子的半导体器件。此时，放大部32可以是放大电子的放大电路等。并且，放出部31及放大部32也可以一体设置。
上述实施方式中，第2中子射线屏蔽部34由轻元素形成，但是第2中子射线屏蔽部34也可以由在聚乙烯中含有氟化锂的物质形成。并且，也可以使用石蜡等含有氢的树脂材料来代替聚乙烯。而且，第2中子射线屏蔽部34也可以通过层叠聚乙烯等含有氢的树脂材料和氟化锂来形成。此时，氟化锂与氢相比，屏蔽热中子的功能高，氢与氟化锂相比，屏蔽快中子的功能高，因此氟化锂层设置于比含有氢的树脂材料的层更靠外侧。由此，能够有效地屏蔽中子射线n。
并且，中子俘获治疗法用γ射线检测器100不限于中子俘获治疗法，能够用于所有γ射线g的检测中。