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JP2020159728A - Neutron beam detector - Google Patents

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JP2020159728A
JP2020159728A JP2019056551A JP2019056551A JP2020159728A JP 2020159728 A JP2020159728 A JP 2020159728A JP 2019056551 A JP2019056551 A JP 2019056551A JP 2019056551 A JP2019056551 A JP 2019056551A JP 2020159728 A JP2020159728 A JP 2020159728A
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清崇 赤堀
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Abstract

To detect neutron beams with higher precision.SOLUTION: A neutron beam detector 100 for detecting neutron beams includes: a scintillator 13 that generates light when radiation is incident; a photodetector 15 that detects the light generated in the scintillator 13 as an optical signal; and a dose calculation section 21 that calculates a dose of a neutron beam from a signal of the neutron beam included in an optical signal detected by the photodetector 15. The dose calculation section 21 associates a wave height distribution based on the optical signal detected by the photodetector 15 with a wave height pattern related to a predetermined line type acquired in advance, and calculates the dose of the neutron beam according to the corresponding result.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、中性子線検出装置に関する。 The present invention relates to a neutron beam detector.

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。 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.

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

しかしながら、ガンマ線の波高が判定閾値よりも高い場合にはガンマ線に関する信号も中性子線に関する信号として判定してしまう等、中性子線を精度よく検出するには改善の余地があった。 However, when the wave height of the gamma ray is higher than the judgment threshold value, the signal related to the gamma ray is also judged as the signal related to the neutron ray, and there is room for improvement in detecting the neutron beam accurately.

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、中性子線の線量をより精度よく算出することが可能な中性子線検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a neutron beam detection device capable of calculating a neutron beam dose more accurately.

上記目的を達成するため、本発明の一形態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、前記シンチレータで発生した光を光信号として検出する光検出器と、前記光検出器によって検出された前記光信号に含まれる中性子線の信号から中性子線の線量を算出する線量算出部と、を備え、前記線量算出部は、前記光検出器において検出された前記光信号に基づく波高分布に対して、予め取得した所定の線種に係る波高パターンを対応させ、対応させた結果に基づいて前記中性子線の線量を算出する。 In order to achieve the above object, the neutron beam detection device according to one embodiment of the present invention is a neutron beam detection device that detects neutron rays, and includes a scintillator that generates light when radiation is incident on it and light generated by the scintillator. The dose calculation unit includes a photodetector that detects the light as an optical signal and a dose calculation unit that calculates a neutron beam dose from the neutron beam signal contained in the optical signal detected by the photodetector. , The wave height distribution based on the optical signal detected by the photodetector is associated with the wave height pattern related to a predetermined line type acquired in advance, and the dose of the neutron beam is calculated based on the associated result. ..

上記の中性子線検出装置によれば、線量算出部において、光検出器において検出された光信号に基づく波高分布に対して、所定の線種に係る波高パターンを対応させて、対応させた結果に基づいて中性子線の線量が算出される。光検出器で検出される光信号は、線種毎に検出されるであろう波高パターンが予想できるので、当該パターンを利用して中性子線の線量を算出する構成とすることで、中性子線の線量をより精度よく算出することができる。 According to the above-mentioned neutron beam detection device, in the dose calculation unit, the wave height distribution based on the optical signal detected by the photodetector is made to correspond to the wave height pattern related to a predetermined line type, and the result is the result. The neutron dose is calculated based on this. Since the optical signal detected by the photodetector can predict the wave height pattern that will be detected for each line type, the neutron beam dose can be calculated using this pattern. The dose can be calculated more accurately.

前記線量算出部は、中性子線に係る波高パターンを予め取得し、前記光検出器において検出された前記光信号に基づく波高分布に対して前記中性子線に係る波高パターンを対応させ、対応させた前記中性子線に係る波高パターンから前記中性子線の線量を算出する態様とすることができる。 The dose calculation unit acquires the wave height pattern related to the neutron beam in advance, and associates the wave height pattern related to the neutron beam with the wave height distribution based on the optical signal detected by the optical detector, and makes the correspondence. The dose of the neutron beam can be calculated from the wave height pattern related to the neutron beam.

上記のように、光信号に基づく波高分布に対して中性子線に係る波高パターンを対応させて、対応させた波高パターンから中性子線の線量を算出することにより、複数線種に係る光信号の中から中性子線に対応する信号をより精度よく特定することができ、中性子線の線量をより精度よく算出することができる。 As described above, by associating the wave height pattern related to the neutron beam with the wave height distribution based on the optical signal and calculating the dose of the neutron beam from the corresponding wave height pattern, among the optical signals related to multiple line types. The signal corresponding to the neutron beam can be specified more accurately, and the dose of the neutron beam can be calculated more accurately.

前記線量算出部は、ガンマ線に係る波高パターンも予め取得し、前記光検出器において検出された前記光信号に基づく波高分布に対して前記ガンマ線に係る波高パターン及び前記中性子線に係る波高パターンを対応させ、対応させた結果に基づいて、前記中性子線の線量を算出する態様とすることができる。 The dose calculation unit also acquires the wave height pattern related to the gamma ray in advance, and corresponds the wave height pattern related to the gamma ray and the wave height pattern related to the neutron ray to the wave height distribution based on the optical signal detected by the photodetector. The dose of the neutron beam can be calculated based on the result of the correspondence.

中性子線を照射する装置で用いられる光検出器では、ガンマ線と中性子線とを検出し得る。したがって、これらの線種の波高パターンを予め取得し、これらを光信号に基づく波高分布に対して対応させて、中性子線の線量を算出する構成とすることで、より精度よく中性子線の線量を算出することができる。 Photodetectors used in devices that irradiate neutrons can detect gamma rays and neutrons. Therefore, by acquiring the wave height patterns of these line types in advance and making them correspond to the wave height distribution based on the optical signal to calculate the neutron beam dose, the neutron beam dose can be obtained more accurately. Can be calculated.

前記線量算出部は、前記光信号に基づく波高分布または前記中性子線の波高パターンに含まれる中性子線に係る信号のピーク値の波高以上の波高領域において、前記光信号に基づく波高分布に対して前記中性子線に係る波高パターンを対応させる態様とすることができる。 The dose calculation unit refers to the wave height distribution based on the optical signal in a wave height region equal to or higher than the peak value of the signal related to the neutron beam included in the wave height distribution based on the optical signal or the neutron beam pattern. The wave height pattern related to the neutron beam can be matched.

光信号に基づく波高分布または中性子線の波高パターンに含まれる中性子線に係る信号のピーク値の波高以上の波高領域では、ガンマ線等の他の線種に係る信号の割合が小さい。したがって、これらの波高領域を用いて中性子線に係る波高パターンを対応させて中性子線の線量を算出する構成とすることで、波高パターンの対応の際の精度を高めることができるため、中性子線の線量の算出精度も高めることができる。 In the wave height region above the peak value of the signal related to the neutron beam included in the wave height distribution based on the optical signal or the wave height pattern of the neutron ray, the ratio of signals related to other line types such as gamma rays is small. Therefore, by using these wave height regions to match the wave height patterns related to the neutron rays and calculating the dose of the neutron rays, the accuracy of the correspondence of the wave height patterns can be improved. The accuracy of dose calculation can also be improved.

前記線量算出部は、対応させた前記中性子線に係る波高パターンからガンマ線に係る波高パターンを算出し、算出したガンマ線に係る波高パターンを前記光信号に基づく波高分布から差し引くことで、前記中性子線の線量を算出する態様とすることができる。 The dose calculation unit calculates the wave height pattern related to the gamma ray from the corresponding wave height pattern related to the neutron ray, and subtracts the calculated wave height pattern related to the gamma ray from the wave height distribution based on the optical signal to obtain the neutron ray. It can be an aspect of calculating the dose.

対応させた中性子線に係る波高パターンを利用して、ガンマ線に係る波高パターンを算出することができる。そこで、ガンマ線に係る波高パターンを算出した後に、それを光信号に基づく波高分布から差し引いて中性子線の線量を算出することによっても、中性子線に係る信号を算出することができ、中性子線の線量を精度よく算出することができる。 The wave height pattern related to gamma rays can be calculated by using the wave height pattern related to the corresponding neutron rays. Therefore, the signal related to neutron rays can also be calculated by calculating the wave height pattern related to gamma rays and then subtracting it from the wave height distribution based on the optical signal to calculate the dose of neutron rays. Can be calculated accurately.

前記線量算出部は、ガンマ線に係る波高パターンを予め取得し、0から所定の波高までの波高領域において、前記光検出器において検出された前記光信号に基づく波高分布に対して前記ガンマ線に係る波高パターンを対応させ、対応させた波高パターンを前記光信号に基づく波高分布から差し引くことで、前記中性子線の線量を算出する態様とすることができる。 The dose calculation unit acquires the wave height pattern related to the gamma ray in advance, and in the wave height region from 0 to a predetermined wave height, the wave height related to the gamma ray is relative to the wave height distribution based on the optical signal detected by the photodetector. By matching the patterns and subtracting the matched wave height pattern from the wave height distribution based on the optical signal, the dose of the neutron ray can be calculated.

光検出器が検出する光信号に中性子線とガンマ線とが含まれている場合、光信号に基づく波高分布に対してガンマ線の波高パターンを対応付けた後に、それを光信号に基づく波高分布から差し引いて中性子線の線量を算出することによっても、中性子線に係る信号を算出することができ、中性子線の線量を精度よく算出することができる。 When the optical signal detected by the optical detector contains neutron rays and gamma rays, the crest height distribution based on the optical signal is associated with the gamma ray crest pattern, and then it is subtracted from the crest height distribution based on the optical signal. By calculating the dose of neutron rays, the signal related to the neutron rays can be calculated, and the dose of neutron rays can be calculated accurately.

本発明によれば、中性子線の線量をより精度よく算出することが可能な中性子線検出装置が提供される。 According to the present invention, there is provided a neutron beam detection device capable of more accurately calculating a neutron beam dose.

図1は、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。FIG. 1 is a schematic diagram showing a neutron capture therapy system including the neutron beam detection device of one embodiment. 図2は、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。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a neutron beam detector provided in the collimator. 図3は、中性子線検出装置を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a neutron beam detector. 図4(a)〜図4(c)は、中性子線の線量を算出する際の手順に係るグラフの例を示す図である。4 (a) to 4 (c) are diagrams showing an example of a graph relating to a procedure for calculating a neutron beam dose. 中性子線の線量を算出する際の手順を説明するフロー図である。It is a flow chart explaining the procedure at the time of calculating the dose of a neutron beam. 中性子線の線量を算出する際の手順を説明するフロー図である。It is a flow chart explaining the procedure at the time of calculating the dose of a neutron beam. 図7(a)、図7(b)は、中性子線の線量を算出する際の手順に係るグラフの例を示す図である。7 (a) and 7 (b) are diagrams showing an example of a graph relating to a procedure for calculating the dose of a neutron beam. 図8(a)〜図8(c)は、中性子線の線量を算出する際の手順に係るグラフの例を示す図である。8 (a) to 8 (c) are diagrams showing an example of a graph relating to a procedure for calculating the dose of a neutron beam.

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.

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 neutron rays 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 synchrocyclotron, 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 generator 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 use, for example, an electromagnet to adjust the beam axis of the charged particle beam R.

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 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, in order to accurately detect the current value of the charged particle beam R irradiating the target 7, the current monitor 5 is downstream from the quadrupole electromagnet 4 (charged particle beam) in order to eliminate the influence of the quadrupole electromagnet 4. It is provided on the downstream side of R) immediately before the scanning electromagnet 6. 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, for example, a disk shape having a diameter of 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 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 or the like 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 beam detector 12 for detecting a neutron beam N passing through the opening 10a of the collimator 10 in real time. At least a part of the neutron beam detector 12 is provided in the through hole 10b (through hole formed in the direction orthogonal to the opening 10a) formed in the collimator 10. The neutron beam detector 12 includes 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、Liガラスシンチレータ、LiCAFシンチレータ、LiFを塗布したプラスチックシンチレータ、LiF/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 rays N, gamma rays) into light. In the scintillator 13, the internal crystal is 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. The scintillator 13 may employ 6 Li glass scintillator, LiCAF scintillator, a plastic scintillator coated with 6 LiF, a 6 LiF / ZnS scintillators like.

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. In addition, 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、波高パターン情報保持部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 wave height pattern information holding 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 beam 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 at 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.

波高パターン情報保持部23は、線量算出部21での中性子線Nの線量の算出に利用する波高パターン情報を保持する機能を有する。波高パターン情報は、光検出器15が検出し得る検出信号を受信する中性子線に関する信号及び/またはガンマ線に関する信号の波高パターンに対応する情報である。この波高パターン情報は、中性子線検出装置100において予め取得される情報である。線量算出部21では、この波高パターン情報を利用して、実際に光検出器15で検出した信号から中性子線Nに関する信号を弁別し線量を算出する。波高パターン情報保持部23において保持する情報に基づく線量算出部21による線量の算出についての詳細は後述する。 The wave height pattern information holding unit 23 has a function of holding wave height pattern information used for calculating the dose of the neutron beam N in the dose calculation unit 21. The wave height pattern information is information corresponding to the wave height pattern of the signal relating to the neutron beam and / or the signal relating to the gamma ray that receives the detection signal that can be detected by the photodetector 15. This wave height pattern information is information acquired in advance by the neutron beam detection device 100. The dose calculation unit 21 uses this wave height pattern information to discriminate the signal related to the neutron beam N from the signal actually detected by the photodetector 15 and calculate the dose. Details of the dose calculation by the dose calculation unit 21 based on the information held by the wave height pattern information holding 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 patient with the neutron beam N generated from the target 7. .. 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、波高パターン情報保持部23において保持する情報に基づく線量算出部21による線量の算出について説明する。 Next, the calculation of the dose by the dose calculation unit 21 based on the information held by the wave height pattern information holding unit 23 will be described.

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)について、波高パターン情報保持部23で保持する情報に基づいて、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し、中性子線Nの線量を算出する。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 describes the wave height (light amount) of the detection signal related to the light received by the photodetector 15, based on the information held by the wave height pattern information holding unit 23, the detection signal by the neutron beam N and the detection signal by the gamma ray. And the dose of neutron beam N is calculated. Since neutron rays N and gamma rays are incident as radiation in the scintillator 13, the neutron rays N and gamma rays are discriminated according to the intensity of the amount of light.

図4(a)には、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(a)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(a)では、光検出器15における検出結果V1を示している。この光検出器15での検出結果V1には、ガンマ線に由来する信号と中性子線Nに由来する信号とが含まれる。 FIG. 4A is a graph showing the wave height distribution of the detection signal when the neutron beam detection device 100 is normal. In FIG. 4A, 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. FIG. 4A shows the detection result V1 in the photodetector 15. The detection result V1 by the photodetector 15 includes a signal derived from gamma rays and a signal derived from neutron rays N.

ただし、ガンマ線及び中性子線のそれぞれは、理論的にどの程度光検出器15で検出し得るかは数式として得ることができる。すなわち、ある理想的な条件でガンマ線及び中性子線を照射した場合に、光検出器15が検出し得るガンマ線または中性子線の検出信号の波高分布を事前に求めることができる。したがって、本実施形態に係る中性子線検出装置100では、この理想的な条件での波高分布をガンマ線または中性子線の波高パターンとして保持しておき、これに基づいてガンマ線及び中性子線の成分を特定して中性子線の線量を算出する。 However, how much each of the gamma ray and the neutron ray can theoretically be detected by the photodetector 15 can be obtained as a mathematical formula. That is, when the gamma ray and the neutron beam are irradiated under a certain ideal condition, the wave height distribution of the gamma ray or neutron beam detection signal that can be detected by the photodetector 15 can be obtained in advance. Therefore, in the neutron beam detection device 100 according to the present embodiment, the wave height distribution under this ideal condition is maintained as a gamma ray or neutron ray height pattern, and the components of the gamma ray and the neutron ray are specified based on this. Calculate the dose of neutron rays.

また、中性子捕捉療法システム150では、中性子線検出装置100を用いてガンマ線のみの測定を行うこと可能である。例えば、中性子線検出装置100において、シンチレータ13の前段に中性子線Nをカットするフィルタを設けて、シンチレータ13に中性子線Nが入射しないような構成とすることができる。このような構成とすると、シンチレータ13にはガンマ線のみが入射し、光検出器15においてガンマ線に係る信号のみを検出することができる。この場合、ガンマ線に係る信号のみからなる波高パターンを得ることができるので、これをガンマ線に係る波高パターン情報として利用することができる。なお、フィルタとしては、フッ化リチウム、カドミウム等を用いることができる。 Further, in the neutron capture therapy system 150, it is possible to measure only gamma rays by using the neutron beam detection device 100. For example, in the neutron beam detection device 100, a filter that cuts the neutron beam N may be provided in front of the scintillator 13 so that the neutron beam N does not enter the scintillator 13. With such a configuration, only gamma rays are incident on the scintillator 13, and only the signal related to the gamma rays can be detected by the photodetector 15. In this case, since a wave height pattern consisting of only signals related to gamma rays can be obtained, this can be used as wave height pattern information related to gamma rays. As the filter, lithium fluoride, cadmium or the like can be used.

波高パターン情報を用いて光検出器15で得た波高分布から中性子線Nの線量を算出する方法について、図4〜図8を参照しながら説明する。まず、図4及び図5を参照しながら、ガンマ線に係る波高パターン情報を利用する場合について説明する。 A method of calculating the dose of the neutron beam N from the wave height distribution obtained by the photodetector 15 using the wave height pattern information will be described with reference to FIGS. 4 to 8. First, a case where wave height pattern information related to gamma rays is used will be described with reference to FIGS. 4 and 5.

図5は、ガンマ線に係る波高パターン情報を用いて中性子線Nの線量を算出する際の手順について説明するフロー図である。まず、光検出器15による計測により、波高分布を測定する(ステップS01)。光検出器15による計測は通常行われている方法と同じである。 FIG. 5 is a flow chart illustrating a procedure for calculating the dose of the neutron beam N using the wave height pattern information related to the gamma ray. First, the wave height distribution is measured by the measurement by the photodetector 15 (step S01). The measurement by the photodetector 15 is the same as the usual method.

線量算出部21では、波高パターン情報保持部23において保持されているガンマ線に係る波高パターン情報を用いて、光検出器15で得られた波高分布からガンマ線の成分を差し引く。この際に、ガンマ線に係る波高パターン情報を光検出器15で得られた波高分布に対してフィッティングさせる(ステップS02)。フィッティングとは、波高分布とより重なるように波高パターンを対応付ける処理である。波高分布に対してフィッティングを行う波高パターンの例を図4(b)に示している。 The dose calculation unit 21 subtracts the gamma ray component from the wave height distribution obtained by the photodetector 15 by using the wave height pattern information related to the gamma rays held by the wave height pattern information holding unit 23. At this time, the wave height pattern information related to the gamma rays is fitted to the wave height distribution obtained by the photodetector 15 (step S02). Fitting is a process of associating a wave height pattern so as to overlap with the wave height distribution. An example of a wave height pattern that fits the wave height distribution is shown in FIG. 4 (b).

上述したように、波高パターン情報保持部23において保持されているガンマ線に係る波高パターン情報は、例えば理想的な条件において測定を行った場合に光検出器15において取得され得る波高パターン、または、中性子線Nを遮った状態で光検出器15において計測を行うことによって得られる波高パターンである。また、中性子線の照射条件等によって、光検出器15において検出される波高分布(曲線形状)は大きく変化し得ることが判明している。したがって、実際に中性子捕捉療法システム150において中性子線Nを照射した際に光検出器15において検出される結果とは差異がある可能性が高い。この点は、ガンマ線についても中性子線についても同様である。 As described above, the wave height pattern information related to gamma rays held by the wave height pattern information holding unit 23 is, for example, a wave height pattern or neutrons that can be acquired by the photodetector 15 when measurement is performed under ideal conditions. It is a wave height pattern obtained by performing measurement with a photodetector 15 in a state where the line N is blocked. Further, it has been found that the wave height distribution (curve shape) detected by the photodetector 15 can change significantly depending on the irradiation conditions of neutron rays and the like. Therefore, there is a high possibility that there is a difference from the result detected by the photodetector 15 when the neutron capture therapy system 150 actually irradiates the neutron beam N. This point is the same for gamma rays and neutron rays.

そこで、線量算出部21では、光検出器15で得られた波高分布のうち特定の波高の領域を興味領域(ROI:Region of Interest)として選択し、当該領域において波高パターンのフィッティングを行う。図4(a)では、興味領域ROIとの一例として波高が低い領域R1を選択した例を示している。また、図4(a)では、ガンマ線に係る波高パターンP1を示している。ガンマ線の波高パターンP1は、例えば数式f(x)として記述することができる。波高パターンのフィッティングは、例えば、領域R1において、検出結果V1と波高パターンP1とが一致するように、縦軸方向のイベント数の調整を行うことが挙げられる。すなわち、係数aを用いたaf(x)が領域R1において検出結果V1と一致するように係数aを決定する方法が挙げられる。また、例えば、低波高側の検出結果V1のピークが、ガンマ線の波高パターンP1と一致するように補正する構成としてもよい。このように、フィッティングの手法は特に限定されず、公知のフィッティングの方法を用いることができる。なお、波高パターン情報として、中性子線Nを遮った状態で光検出器15において計測を行うことによって得られる波高パターンを用いる場合、フィッティングに係る処理(S02)は省略してもよい。 Therefore, the dose calculation unit 21 selects a region of a specific wave height from the wave height distribution obtained by the photodetector 15 as a region of interest (ROI), and fits the wave height pattern in the region. FIG. 4A shows an example in which a region R1 having a low wave height is selected as an example of the region of interest ROI. Further, FIG. 4A shows a wave height pattern P1 related to gamma rays. The wave height pattern P1 of gamma rays can be described as, for example, the mathematical formula pg (x). The fitting of the wave height pattern includes, for example, adjusting the number of events in the vertical axis direction so that the detection result V1 and the wave height pattern P1 match in the region R1. That is, there is a method of determining the coefficient a so that the af g (x) using the coefficient a matches the detection result V1 in the region R1. Further, for example, the peak of the detection result V1 on the low wave height side may be corrected so as to match the wave height pattern P1 of the gamma ray. As described above, the fitting method is not particularly limited, and a known fitting method can be used. When the wave height pattern obtained by performing the measurement with the photodetector 15 in a state where the neutron beam N is blocked is used as the wave height pattern information, the processing (S02) related to the fitting may be omitted.

また、フィッティングの対象となるROI(図4に示す例では、領域R1)の設定方法として、種々の方法を選択することができる。ガンマ線の波高パターンP1を検出結果V1に対してフィッティングさせる場合、ROIとしては、中性子線の検出結果が表れにくい低波高側の領域が選択されることが多い。ガンマ線の波高パターンに係るフィッティングの場合、ROIの波高の下限は、波高0としてもよい。また、ROIの波高の下限は、例えば、波高の検出結果V1における低波高側のピークが表れる波高とすることができる(波高をヒストグラムとして示す場合、低波高側のピークとして一番低波高側の波高0を含むビン表れる場合が多い)。また、ROIの波高の上限は、例えば、中性子線のピーク(図4(a)の例の場合、高波高側に表れるピーク)が表れる波高に対して所定の割合(例えば、1/4など)の波高を上限として設定することとしてもよい。また、ROIの波高の上限については予め所定の値(例えば50keVなど)を定めておいてもよい。このように、ROIとしてどの領域(波高幅)を設定するかは、適宜変更することができる。 In addition, various methods can be selected as the method for setting the ROI (region R1 in the example shown in FIG. 4) to be fitted. When fitting the gamma ray wave height pattern P1 to the detection result V1, the ROI is often selected as a region on the low wave height side where the neutron ray detection result is unlikely to appear. In the case of fitting related to the wave height pattern of gamma rays, the lower limit of the wave height of ROI may be 0. Further, the lower limit of the wave height of the ROI can be, for example, the wave height at which the peak on the low wave height side appears in the wave height detection result V1 (when the wave height is shown as a histogram, the peak on the low wave height side is the lowest wave height side. A bin containing a wave height of 0 often appears). The upper limit of the ROI wave height is, for example, a predetermined ratio (for example, 1/4, etc.) to the wave height at which the neutron beam peak (in the case of the example of FIG. 4A, the peak appearing on the high wave height side) appears. The wave height may be set as the upper limit. Further, a predetermined value (for example, 50 keV or the like) may be set in advance for the upper limit of the wave height of the ROI. In this way, which region (wave height width) is set as the ROI can be appropriately changed.

図5に戻り、フィッティング(S02)が行われた後、線量算出部21では、波高分布の検出結果V1からフィッティング後のガンマ線の波高パターンを差し引く(ステップS03)。これにより、フィッティング後のガンマ線の波高パターンに含まれる各波高でのイベント数が検出結果V1から差し引かれる。差し引いた結果について、図4(c)において差し引き結果V2として示す。その後、線量算出部21では、差し引き後に得られた波高分布を積分することによって、中性子線Nに係る信号のカウント数を算出する(ステップS04)。線量算出部21では、図4(c)に示す差し引き結果V2に含まれるカウント数を積分し、中性子線Nに係る信号のカウント数を算出することになる。これにより、線量算出部21において、中性子線Nに係る線量を算出することができる。 Returning to FIG. 5, after fitting (S02) is performed, the dose calculation unit 21 subtracts the wave height pattern of the gamma ray after fitting from the detection result V1 of the wave height distribution (step S03). As a result, the number of events at each wave height included in the gamma ray wave height pattern after fitting is subtracted from the detection result V1. The deducted result is shown as a deducted result V2 in FIG. 4 (c). After that, the dose calculation unit 21 calculates the count number of the signal related to the neutron beam N by integrating the wave height distribution obtained after the subtraction (step S04). The dose calculation unit 21 integrates the counts included in the deduction result V2 shown in FIG. 4C to calculate the count number of the signal related to the neutron beam N. As a result, the dose calculation unit 21 can calculate the dose related to the neutron beam N.

次に、図6及び図7を参照しながら、中性子線に係る波高パターン情報を利用する場合について説明する。 Next, a case where the wave height pattern information related to the neutron beam is used will be described with reference to FIGS. 6 and 7.

図6は、中性子線に係る波高パターン情報を用いて中性子線Nの線量を算出する際の手順について説明するフロー図である。まず、光検出器15による計測により、波高分布を測定する(ステップS11)。光検出器15による計測は通常行われている方法と同じである。 FIG. 6 is a flow chart illustrating a procedure for calculating the dose of the neutron beam N using the wave height pattern information related to the neutron beam. First, the wave height distribution is measured by the measurement by the photodetector 15 (step S11). The measurement by the photodetector 15 is the same as the usual method.

線量算出部21では、波高パターン情報保持部23において保持されている中性子線に係る波高パターン情報を、光検出器15で得られた波高分布に対してフィッティングさせる(ステップS12)。検出結果として得られた波高分布に対して中性子線に係る波高パターンをフィッティングしている状態の例を図7に示す。 The dose calculation unit 21 fits the wave height pattern information related to the neutron beam held by the wave height pattern information holding unit 23 to the wave height distribution obtained by the photodetector 15 (step S12). FIG. 7 shows an example of a state in which the wave height pattern related to the neutron beam is fitted to the wave height distribution obtained as the detection result.

線量算出部21では、光検出器15で得られた波高分布のうち特定の波高の領域を興味領域(ROI:Region of Interest)として選択し、当該領域において中性子線の波高パターンのフィッティングを行う。中性子捕捉療法システム150では、中性子線検出装置100を用いて中性子線のみの測定を行うことできないため、フィッティングに用いられる中性子線の波高パターン情報とは、理想的な条件において測定を行った場合に光検出器15において取得され得る波高パターンに係る情報である。中性子線の波高パターンのフィッティングの場合、興味領域ROIとの一例として波高が高い領域R2を選択し得る。図4(b)で示したように、ガンマ線の波高分布は、波高が高い領域では信号数が減る。特に、中性子線の波高のピーク(図7で示す波高xでのピーク)よりも波高が高い領域では、ガンマ線の波高が0に近くなる。そこで、中性子線の波高パターンのフィッティングを行う場合には、中性子線の波高のピークに対応する波高よりも波高が高い領域を興味領域ROIとして設定することができる。なお、波高xは、予め取得されている中性子線の波高パターンP2に基づいて設定してもよいし、検出結果V1に基づいて設定してもよい。 The dose calculation unit 21 selects a region of a specific wave height from the wave height distribution obtained by the photodetector 15 as a region of interest (ROI), and fits a neutron beam height pattern in that region. In the neutron capture therapy system 150, it is not possible to measure only the neutron beam using the neutron beam detection device 100. Therefore, the wave height pattern information of the neutron beam used for fitting is when the measurement is performed under ideal conditions. This is information related to a wave height pattern that can be acquired by the photodetector 15. In the case of fitting a neutron wave height pattern, a region R2 having a high wave height can be selected as an example of the region of interest ROI. As shown in FIG. 4 (b), in the gamma ray wave height distribution, the number of signals decreases in the region where the wave height is high. In particular, in a region where the wave height is higher than the peak of the wave height of the neutron beam (the peak at the wave height x 0 shown in FIG. 7), the wave height of the gamma ray becomes close to 0. Therefore, when fitting the wave height pattern of the neutron beam, a region having a wave height higher than the wave height corresponding to the peak of the wave height of the neutron beam can be set as the region of interest ROI. The wave height x 0 may be set based on the wave height pattern P2 of the neutron beam acquired in advance, or may be set based on the detection result V1.

図7では、検出結果V1と、中性子線の波高パターンP2を示している。これらの2つの曲線が領域R2で一致するように波高パターンP2を補正する。すなわち、波高をxとし、検出結果の波高分布をfmeans(x)とし、中性子線の波高パターンP2をf(x)とした場合に、x>xにおいて以下の数式(1)を満たす係数bを求めることになる。
means(x)=bf(x) …(1)
FIG. 7 shows the detection result V1 and the neutron beam height pattern P2. The wave height pattern P2 is corrected so that these two curves coincide with each other in the region R2. That is, when the wave height is x, the wave height distribution of the detection result is f means (x), and the neutron beam height pattern P2 is f n (x), the following mathematical formula (1) is satisfied when x> x 0 . The coefficient b will be obtained.
f means (x) = bf n (x) ... (1)

フィッティングの手法は、ガンマ線の波高パターンのフィッティングと同様に特に限定されず、公知のフィッティングの方法を用いることができる。なお、検出結果V1における波高のピークと、中性子線の波高パターンP2における波高のピークとがずれている場合がある。この場合には、ピーク位置が一致するように、波高を横軸方向にシフトする補正等を行ってもよい。また、光検出器15の特性の変化等によって中性子線の検出結果V1における中性子線のピーク形状が波高パターンP2に対して変化している場合には、波高パターンP2に対して上記の係数bに係る補正だけではなくその他のフィッティング関数(形状関数)等を適用することでフィッティングを行ってもよい。例えば、中性子線による波高分布をガウンス分布と一次関数で近似することとしてもよい。このように複雑な関数を用いた近似を行う場合、フィッティングによって得られるパラメータ(係数)は複数となる。 The fitting method is not particularly limited as in the fitting of the wave height pattern of gamma rays, and a known fitting method can be used. In addition, the peak of the wave height in the detection result V1 and the peak of the wave height in the wave height pattern P2 of the neutron beam may be different from each other. In this case, correction or the like for shifting the wave height in the horizontal axis direction may be performed so that the peak positions match. Further, when the peak shape of the neutron beam in the neutron beam detection result V1 changes with respect to the wave height pattern P2 due to a change in the characteristics of the photodetector 15, the above coefficient b is set with respect to the wave height pattern P2. Fitting may be performed by applying not only such a correction but also another fitting function (shape function) or the like. For example, the wave height distribution due to neutron rays may be approximated to the gown distribution by a linear function. When performing approximation using such a complicated function, there are a plurality of parameters (coefficients) obtained by fitting.

なお、フィッティングの対象となるROI(図7に示す例では、領域R2)の設定方法として、種々の方法を選択することができる。上記では、ROIとなる領域R2を中性子線の波高のピーク(図7で示す波高xでのピーク)よりも波高が高い領域としたが、これには限定されず、例えば、イベント数(信号数)が少なくなる領域はROIから外すこととしてもよい。ROIとしてどの領域(波高幅)を設定するかは、適宜変更することができる。 Various methods can be selected as the method for setting the ROI (region R2 in the example shown in FIG. 7) to be fitted. In the above, the region R2 that becomes the ROI is defined as a region where the wave height is higher than the peak of the wave height of the neutron beam (the peak at the wave height x 0 shown in FIG. 7), but the wave height is not limited to this, and for example, the number of events (signal). The region where the number) is small may be excluded from the ROI. Which region (wave height width) is set as the ROI can be appropriately changed.

図6に戻り、フィッティング(S12)が行われた後、線量算出部21では、フィッティング後の中性子線の波高パターンを積分して中性子のカウント数を算出する(ステップS13)。上記のフィッティング(S12)により、中性子線の波高パターンに係る数式bf(x)を特定することができる。したがって、この波高パターンに係る数式を以下の数式(2)に示すように積分することで中性子カウント数を得ることができる。 Returning to FIG. 6, after the fitting (S12) is performed, the dose calculation unit 21 integrates the wave height pattern of the neutron beam after the fitting to calculate the neutron count number (step S13). From the above fitting (S12), the mathematical formula bf n (x) related to the wave height pattern of the neutron beam can be specified. Therefore, the neutron count can be obtained by integrating the mathematical formula related to this wave height pattern as shown in the following mathematical formula (2).

Figure 2020159728
Figure 2020159728

このように、フィッティング後の数式を積分することで、中性子のカウント数を算出することができ、線量算出部21において、中性子線Nに係る線量を算出することができる。なお、上記の数式(2)は一例であり、例えば複雑な関数を用いたフィッティングを行った場合には、フィッティング結果に対応する数式が右辺に入力されることになる。 In this way, the count number of neutrons can be calculated by integrating the mathematical formula after fitting, and the dose calculation unit 21 can calculate the dose related to the neutron beam N. The above formula (2) is an example. For example, when fitting using a complicated function, the formula corresponding to the fitting result is input to the right side.

なお、上記の方法では、中性子線の波高パターンに係る数式bf(x)を特定し、これを積分することで中性子線のカウント数を算出しているが、この場合、測定で得られた波高分布に含まれる統計エラー(ノイズ)が無視される。この点を解決する手法として、以下に説明する手法を用いてもよい。 In the above method, the mathematical formula bf n (x) related to the wave height pattern of the neutron beam is specified, and the count number of the neutron beam is calculated by integrating this. In this case, it was obtained by measurement. Statistical errors (noise) contained in the crest distribution are ignored. As a method for solving this point, the method described below may be used.

具体的には、中性子線パターンをフィッティングして係数bを得たのち、光検出器から得られた波高分布fmeans(x)からbf(x)を差し引く。これにより得られる数式(3)はガンマ線による波高分布となる。
(x)=fmeans(x)−bf(x) …(3)
Specifically, after fitting the neutron beam pattern to obtain the coefficient b, bf n (x) is subtracted from the wave height distribution f means (x) obtained from the photodetector. The mathematical formula (3) obtained by this is a wave height distribution by gamma rays.
f g (x) = f means (x) -bf n (x) ... (3)

得られたガンマ線による波高分布f(x)を平滑化する。ROIとなる領域R2ではガンマ線の波高が0に近くなるため、平滑化したガンマ線の波高分布f(x)は、領域R2の範囲では、ゼロになるはずである。 The wave height distribution fg (x) due to the obtained gamma rays is smoothed. Since the gamma ray wave height is close to 0 in the region R2 that becomes the ROI, the smoothed gamma ray wave height distribution pg (x) should be zero in the region R2.

上記の手順により、実質的にガンマ線の波高パターンが得られることになる。そこで、図5のステップS03及びステップS04で示した手順と同様に、測定された波高分布から上記のガンマ線波高パターンを差し引いた後に、波高分布を積分することで、中性子のカウント数を算出することができる。 By the above procedure, a gamma ray wave height pattern can be substantially obtained. Therefore, similarly to the procedure shown in step S03 and step S04 of FIG. 5, the count number of neutrons is calculated by subtracting the above gamma ray wave height pattern from the measured wave height distribution and then integrating the wave height distribution. Can be done.

上記のように、中性子パターンのフィッティングをした後に、ガンマ線に係る波高パターンを算出し、これを利用して中性子のカウント数を算出する構成としてもよい。 As described above, after fitting the neutron pattern, the wave height pattern related to the gamma ray may be calculated, and the neutron count may be calculated using this.

上記の図4〜図7では、ガンマ線の波高パターン情報及び中性子線の波高パターン情報のいずれかを用いる場合について説明したが、両方を用いて中性子線のカウント数を算出してもよい。その際には、上記で説明した手順を組み合わせることにより中性子線のカウント数を得ることができる。 In FIGS. 4 to 7 described above, the case where either the gamma ray wave height pattern information or the neutron ray wave height pattern information is used has been described, but the neutron ray count may be calculated using both of them. In that case, the count number of neutron rays can be obtained by combining the procedures described above.

図8では、ガンマ線の波高パターン情報及び中性子線の波高パターン情報の両方を用いる場合の手順に係るグラフを示している。図8(a)では、ガンマ線の波高パターンP1を示している。この波高パターンP1は、例えば、y=f(x)として記述することができる。一方、図8(b)では、中性子線の波高パターンP2を示している。この波高パターンP2は、例えば、y=f(x)として記述することができる。 FIG. 8 shows a graph relating to a procedure when both gamma ray wave height pattern information and neutron ray wave height pattern information are used. FIG. 8A shows a gamma ray wave height pattern P1. This wave height pattern P1 can be described as, for example, y = f g (x). On the other hand, FIG. 8B shows a neutron beam height pattern P2. This wave height pattern P2 can be described as, for example, y = f n (x).

これらの2つの波高パターンP1,P2を用いて、光検出器15で得られた検出結果V1に対するフィッティングを行う。この場合、検出結果の波高分布をfmeans(x)とした場合に、以下の数式(4)を満たす係数a,bを求めることになる。
means(x)=af(x)+bf(x) …(4)
Using these two wave height patterns P1 and P2, fitting is performed on the detection result V1 obtained by the photodetector 15. In this case, when the wave height distribution of the detection result is fmeans (x), the coefficients a and b satisfying the following mathematical formula (4) are obtained.
f means (x) = af g (x) + bf n (x)… (4)

図8(c)では、フィッティング後のaf(x)+bf(x)を波高パターンP3として示している。フィッティングの際には、検出結果V1と波高パターンP3とが一致するように係数a,bを算出する。 In FIG. 8 (c), af g (x) + bf n (x) after fitting is shown as a wave height pattern P3. At the time of fitting, the coefficients a and b are calculated so that the detection result V1 and the wave height pattern P3 match.

フィッティングが行われた後、線量算出部21では、フィッティング後の中性子線の波高パターンを積分して中性子のカウント数を算出する。上記のフィッティングにより、中性子線の波高パターンに係る数式bf(x)を特定することができるので、この波高パターンに係る数式を上記で説明した以下の数式(2)に示すように積分することで中性子カウント数を得ることができる。また、フィッティングが精度よく行われている場合、以下の数式(5)の関係が成り立つため、検出結果V1とフィッティング後の波高パターンP1を利用して中性子線のカウント数を求めることもできる。 After the fitting is performed, the dose calculation unit 21 integrates the wave height pattern of the neutron beam after the fitting to calculate the count number of neutrons. Since the mathematical formula bf n (x) related to the neutron beam height pattern can be specified by the above fitting, the mathematical formula related to this wave height pattern is integrated as shown in the following mathematical formula (2) described above. You can get the neutron count with. Further, when the fitting is performed with high accuracy, the relationship of the following mathematical formula (5) holds, so that the count number of neutron rays can be obtained by using the detection result V1 and the wave height pattern P1 after the fitting.

Figure 2020159728
Figure 2020159728

フィッティング後の中性子線の波高パターンP2を用いて中性子線のカウント数を算出するか、検出結果V1及びフィッティング後のガンマ線の波高パターンP1を用いて中性子線のカウント数を算出するかは、適宜選択することができる。例えば、フィッティングがどの程度精度よく行うことができたか、または、波高パターンを算出した場合のガンマ線・中性子線の照射条件と比較して測定条件がどの程度変動しているか等を考慮して、中性子線のカウント数の算出方法を選択することができると考えられる。 Whether to calculate the neutron count number using the neutron beam height pattern P2 after fitting or to calculate the neutron ray count number using the detection result V1 and the gamma ray wave height pattern P1 after fitting is appropriately selected. can do. For example, neutrons in consideration of how accurately the fitting could be performed, or how much the measurement conditions fluctuate compared to the gamma-ray / neutron irradiation conditions when the wave height pattern is calculated. It is considered that the method of calculating the number of line counts can be selected.

なお、ガンマ線及び中性子線の波高パターン情報の両方を用いる場合にも、上記の中性子線の波高パターンのみを用いる場合と同様に、フィッティングの手法等は適宜変更することができる。また、図8では、全ての波高領域においてフィッティングを行ったが、ROIを指定してフィッティングを行う構成としてもよい。その場合、ROIとする波高領域は測定条件等に基づいて適宜変更することができる。 Even when both the gamma-ray and neutron-ray wave height pattern information is used, the fitting method and the like can be appropriately changed as in the case of using only the neutron-ray wave height pattern described above. Further, in FIG. 8, the fitting is performed in all the wave height regions, but the fitting may be performed by designating the ROI. In that case, the wave height region to be the ROI can be appropriately changed based on the measurement conditions and the like.

以上のように、本実施形態に係る中性子線検出装置100によれば、光検出器15が検出した光信号に基づく波高分布に対して中性子線Nに係る波高パターンを対応させて、対応させた波高パターンから中性子線Nの線量を算出する。このような構成とすることで、複数線種に係る光信号の中から中性子線に対応する信号をより精度よく特定することができ、中性子線の線量をより精度よく算出することができる。 As described above, according to the neutron beam detection device 100 according to the present embodiment, the wave height pattern related to the neutron beam N is made to correspond to the wave height distribution based on the optical signal detected by the photodetector 15. The dose of neutron beam N is calculated from the wave height pattern. With such a configuration, the signal corresponding to the neutron beam can be specified more accurately from the optical signals related to the plurality of line types, and the dose of the neutron beam can be calculated more accurately.

また、中性子線Nを照射する装置で用いられる光検出器15では、ガンマ線と中性子線とを検出し得る。したがって、上記図8等で説明したように、これらの線種の波高パターンを予め取得し、これらを光信号に基づく波高分布に対して対応させて、中性子線Nの線量を算出する構成とすることで、より精度よく中性子線Nの線量を算出することができる。 Further, the photodetector 15 used in the device that irradiates the neutron beam N can detect the gamma ray and the neutron beam. Therefore, as described in FIG. 8 and the like, the wave height patterns of these line types are acquired in advance, and these are made to correspond to the wave height distribution based on the optical signal to calculate the dose of the neutron beam N. Therefore, the dose of the neutron beam N can be calculated more accurately.

また、光信号に基づく波高分布または中性子線の波高パターンに含まれる中性子線に係る信号のピーク値の波高以上の波高領域では、ガンマ線等の他の線種に係る信号の割合が小さい。したがって、これらの上述の領域R2のように、ピーク値の波高よりも波高が大きい領域を用いて中性子線に係る波高パターンを対応させて中性子線の線量を算出する構成とすることで、波高パターンの対応の際の精度を高めることができるため、中性子線の線量の算出精度も高めることができる。 Further, in the wave height region equal to or higher than the peak value of the signal related to the neutron beam included in the wave height distribution based on the optical signal or the wave height pattern of the neutron ray, the ratio of the signal related to other line types such as gamma ray is small. Therefore, the wave height pattern is calculated by associating the wave height patterns related to the neutron rays with the regions where the wave height is larger than the peak value wave height, such as the above-mentioned region R2. Since the accuracy of the correspondence can be improved, the calculation accuracy of the neutron beam dose can also be improved.

また、対応させた中性子線に係る波高パターンからガンマ線に係る波高パターンを算出し、算出したガンマ線に係る波高パターンを前記光信号に基づく波高分布から差し引くことで、中性子線の線量を算出する構成としてもよい。このように、ガンマ線に係る波高パターンを算出した後に、それを光信号に基づく波高分布から差し引いて中性子線の線量を算出することによっても、中性子線に係る信号を算出することができ、中性子線の線量を精度よく算出することができる。また、統計エラーを考慮した中性子線の計算を行うことができる。 In addition, the neutron dose is calculated by calculating the wave height pattern related to gamma rays from the corresponding wave height pattern related to neutron rays and subtracting the calculated wave height pattern related to gamma rays from the wave height distribution based on the optical signal. May be good. In this way, the signal related to neutron rays can also be calculated by calculating the wave height pattern related to gamma rays and then subtracting it from the wave height distribution based on the optical signal to calculate the dose of neutron rays. The dose can be calculated accurately. In addition, the neutron beam can be calculated in consideration of statistical errors.

また、上記実施形態で説明したように、光検出器15が検出する光信号に中性子線Nとガンマ線とが含まれている場合、光信号に基づく波高分布に対してガンマ線の波高パターンを対応付けた後に、それを光信号に基づく波高分布から差し引いて中性子線Nの線量を算出することによっても、中性子線に係る信号を算出することができる。このような構成によっても、中性子線の線量を精度よく算出することができる。 Further, as described in the above embodiment, when the optical signal detected by the photodetector 15 includes neutron rays N and gamma rays, the wave height pattern of the gamma rays is associated with the wave height distribution based on the optical signals. After that, the signal related to the neutron ray can also be calculated by subtracting it from the wave height distribution based on the optical signal to calculate the dose of the neutron ray N. Even with such a configuration, the neutron beam dose can be calculated accurately.

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、上記実施形態では、波高パターン情報保持部23において、フィッティングに用いる波高パターン情報を保持する場合について説明した。ただし、波高パターン情報保持部23は、制御部20内に含まれていなくてもよく、例えば、中性子線の線量の算出を行う際に外部装置等から波高パターン情報を都度取得して、上記の線量の算出を行う構成としてもよい。 For example, in the above embodiment, the case where the wave height pattern information holding unit 23 holds the wave height pattern information used for fitting has been described. However, the wave height pattern information holding unit 23 does not have to be included in the control unit 20. For example, when calculating the neutron beam dose, the wave height pattern information is acquired from an external device or the like each time, and the above It may be configured to calculate the dose.

また、フィッティングに用いる波高パターン情報は、線種ごとに複数準備されていてもよい。例えば、中性子捕捉療法システム150において用いる中性子線の線量(目標線量)または照射条件が変化すると、中性子線検出装置100の光検出器15が検出する波高分布にも変化が生じる可能性がある。この点を考慮して各線種に係る波高パターンを複数準備しておき、条件等に応じて適切な波高パターン情報を選択してフィッティングを行う構成としてもよい。 Further, a plurality of wave height pattern information used for fitting may be prepared for each line type. For example, if the neutron beam dose (target dose) or irradiation conditions used in the neutron capture therapy system 150 changes, the wave height distribution detected by the photodetector 15 of the neutron beam detector 100 may also change. In consideration of this point, a plurality of wave height patterns related to each line type may be prepared, and appropriate wave height pattern information may be selected and fitted according to conditions and the like.

例えば、中性子線検出装置100の配置は適宜変更することができる。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 arrangement of the neutron beam detection device 100 can be changed as appropriate. 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、20…制御部、21…線量算出部、23…波高パターン情報保持部、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 ... Photodetector, 20 ... Control unit, 21 ... Dose calculation unit, 23 ... Wave height pattern information holding unit, 100 ... Neutron Photodetector, 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光を光信号として検出する光検出器と、
前記光検出器によって検出された前記光信号に含まれる中性子線の信号から中性子線の線量を算出する線量算出部と、を備え、
前記線量算出部は、前記光検出器において検出された前記光信号に基づく波高分布に対して、予め取得した所定の線種に係る波高パターンを対応させ、対応させた結果に基づいて前記中性子線の線量を算出する、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,
A photodetector that detects the light generated by the scintillator as an optical signal,
A dose calculation unit for calculating a neutron beam dose from a neutron beam signal included in the optical signal detected by the photodetector is provided.
The dose calculation unit associates a wave height pattern related to a predetermined line type acquired in advance with a wave height distribution based on the optical signal detected by the photodetector, and the neutron beam is based on the result of the correspondence. A neutron beam detector that calculates the dose of
前記線量算出部は、中性子線に係る波高パターンを予め取得し、前記光検出器において検出された前記光信号に基づく波高分布に対して前記中性子線に係る波高パターンを対応させ、対応させた前記中性子線に係る波高パターンから前記中性子線の線量を算出する、請求項1に記載の中性子線検出装置。 The dose calculation unit acquires the wave height pattern related to the neutron beam in advance, and associates the wave height pattern related to the neutron beam with the wave height distribution based on the optical signal detected by the optical detector, and makes the correspondence. The neutron beam detection device according to claim 1, wherein the dose of the neutron beam is calculated from a wave height pattern related to the neutron beam. 前記線量算出部は、ガンマ線に係る波高パターンも予め取得し、前記光検出器において検出された前記光信号に基づく波高分布に対して前記ガンマ線に係る波高パターン及び前記中性子線に係る波高パターンを対応させ、対応させた結果に基づいて、前記中性子線の線量を算出する、請求項2に記載の中性子線検出装置。 The dose calculation unit also acquires the wave height pattern related to the gamma ray in advance, and corresponds the wave height pattern related to the gamma ray and the wave height pattern related to the neutron ray to the wave height distribution based on the optical signal detected by the photodetector. The neutron ray detection device according to claim 2, wherein the dose of the neutron ray is calculated based on the result of the correspondence. 前記線量算出部は、前記光信号に基づく波高分布または前記中性子線の波高パターンに含まれる中性子線に係る信号のピーク値の波高以上の波高領域において、前記光信号に基づく波高分布に対して前記中性子線に係る波高パターンを対応させる、請求項2に記載の中性子線検出装置。 The dose calculation unit refers to the wave height distribution based on the optical signal in a wave height region equal to or higher than the peak value of the signal related to the neutron beam included in the wave height distribution based on the optical signal or the neutron beam pattern. The neutron beam detection device according to claim 2, which corresponds to a wave height pattern related to a neutron beam. 対応させた前記中性子線に係る波高パターンからガンマ線に係る波高パターンを算出し、算出したガンマ線に係る波高パターンを前記光信号に基づく波高分布から差し引くことで前記中性子線の線量を算出する、請求項2に記載の中性子線検出装置。 Claim that the dose of the neutron ray is calculated by calculating the wave height pattern related to the gamma ray from the corresponding wave height pattern related to the neutron ray and subtracting the calculated wave height pattern related to the gamma ray from the wave height distribution based on the optical signal. 2. The neutron ray detection device according to 2. 前記線量算出部は、ガンマ線に係る波高パターンを予め取得し、0から所定の波高までの波高領域において、前記光検出器において検出された前記光信号に基づく波高分布に対して前記ガンマ線に係る波高パターンを対応させ、対応させた波高パターンを前記光信号に基づく波高分布から差し引くことで、前記中性子線の線量を算出する、請求項1に記載の中性子線検出装置。 The dose calculation unit acquires the wave height pattern related to the gamma ray in advance, and in the wave height region from 0 to a predetermined wave height, the wave height related to the gamma ray is relative to the wave height distribution based on the optical signal detected by the photodetector. The neutron ray detection device according to claim 1, wherein the dose of the neutron ray is calculated by matching the patterns and subtracting the corresponding wave height pattern from the wave height distribution based on the optical signal.
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