JP2000088967A

JP2000088967A - 放射線検出装置

Info

Publication number: JP2000088967A
Application number: JP25497798A
Authority: JP
Inventors: Sakutaro Yamaguchi; 作太郎山口; Hiroki Yamanishi; 弘城山西
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-09-09
Filing date: 1998-09-09
Publication date: 2000-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】重量の重い金属で作られたコリメータを用いる
ことなく、γ線画像を取得形成可能とする放射線画像検
出装置の提供。【解決手段】検出器の形状効果を利用してγ線の飛来方
向を求めることを可能としてなるものであり、入射γ線
の吸収線量が容積に比例することなく、γ線の入射方向
によって吸収線量が変化するように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は放射線検出装置に関
し、特にガンマ線の画像検出装置に用いて好適な検出器
及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のガンマ線（γ線）画像化装置とし
て、例えば文献１（宮尾英彦他、「放射線映像装置の開
発」、原子力学会誌、Vol.30,No.11, p.971-978, (198
8)）には、γ線検出器をタングステン製コリメータの中
に入れて、これをスキャン（走査）することによって画
像を再構築するシステムが記載されている。すなわち、
図１２に示すように、指向性を持つγ線検出器１０２及
び距離計１０３を測定対象汚染物１００に対して走査さ
せ、得られた放射線情報及び距離情報からコンピュータ
１０７にて１０段階に色分割した１５００から９０００
画素で構成される放射線物質分布画像を作成し、これを
ＴＶ画面上に合成映像化するものである。

【０００３】また、文献２（Ｒ．Ｈ．Ｒedus et al，"A
Nuclear Survey Instrument withImaging Capabilit
y", IEEE Trans., Nucl. Science Vol. 39, No. 4, p.9
48 (1992)）には、タングステン製ブロックに複数の穴
をあけ、その後方に複数の独立した検出器を配設し、検
出器からの信号を表示装置に可視画像として表示する画
像装置が開示されている。この従来の装置では、コリメ
ータを走査する必要がない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した従
来の画像装置は、いずれも非常に重いコリメータ（鉛等
よりなる）を用いている。これはγ線が飛んで来る方向
を定めるために用いられている。例えば上記文献１の放
射線映像化装置において、検出部重量は約４８ｋｇほど
もある。

【０００５】もし、Ｘ線のように透過力の弱い放射線で
あれば、ピンホールを用いるか，スダレコリメータを用
いて、入来する放射線方向を決めることができるが、残
念なことにγ線では、このような構成を採用することは
できず、上記のようなコリメータを用いた検出方式が採
用されている。

【０００６】また、従来の放射線画像装置は、コリメー
タの穴の径を大きくすると、急激に空間分解能が低下
し、逆に、径を小さくすると空間分解能が高くなるが通
過γ線量（フラックス）が減少するので、感度が悪くな
る。更に、鉛やタングステンなどのコリメータを用いる
とこれらの物質による２次散乱の効果によって検出信号
に大きなノイズが乗ることになり、検出精度が低下する
という問題点も有している。

【０００７】したがって、本発明は、上記問題点に鑑み
て創案されたものであって、その目的は、重量の重い金
属で作られたコリメータを用いることなく、γ線画像を
取得形成可能とする放射線画像検出装置を提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明は、検出器の形状効果を利用してガンマ線の飛来方向
を求めることを可能としてなるものである。

【０００９】本発明の検出器は、入射ガンマ線の吸収線
量が容積に比例することなく、ガンマ線の入射方向によ
って吸収線量が変化するように構成されている。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について説明
する。本発明は、検出器の形状効果を利用してγ線の飛
来方向を求めるものである。

【００１１】最初に検出器としてシンチレータを用いた
場合の感度について図１を参照して説明する。

【００１２】γ線は、立方体形状のシンチレータの一端
面に垂直に入ってくると、この時、シンチレータ内で吸
収されるγ線フラックスΦは次式（１）で表わされる。
但しシンチレータの端面の面積をａ×ｂ、厚さをｃとす
る。

【００１３】 Φ＝ａ×ｂ×Ｉ₀（１−ｅ^- ^μ・ ^C） …（１）ただし、上式（１）でμは質量吸収係数、Ｉ₀はγ線強
度である。

【００１４】通常は、μ・ｃ＜＜１ …（２）と近似できるので，式（１）は、次式（１ａ）で近似さ
れる。

【００１５】 Φ≒ａ・ｂ・Ｉ₀・μｃ＝ａｂｃ・μ・Ｉ₀ …（１ａ）

【００１６】このように、吸収線量は、シンチレータの
体積ａｂｃに比例する。この場合、γ線がどちらの方向
からきても同じ吸収線量を与え、方向を特定することは
できない。

【００１７】しかし、μｃ≧１ …（３）の条件が成立すれば、すなわち、シンチレータの寸法
（厚さｃ）を大きくすることで、吸収線量は、シンチレ
ータの体積ａｂｃに比例することはなくなり、γ線の入
射方向によって信号の大きさが変化することになる。

【００１８】これがコリメーターを用いない、本発明の
γ線画像検出器（Ｉｍａｇｉｎｇｄｅｔｅｃｔｏｒ）の
原理である。

【００１９】上式（３）の条件が成立する実際の検出器
の寸法について説明する。シンチレータ材料としてＮａ
Ｉを用いると、エネルギー１ＭｅＶのγ線に対してシン
チレータの厚さは数ｃｍになる。

【００２０】一方、信号強度が角度依存性を持つことに
なるので、検出器を向ける角度（指向角）によって信号
強度の変化が大きい方が空間分解能が向上する。

【００２１】これを定量的に評価するために、詳細な計
算を行う。図２（ａ）に示すような形状のシンチレータ
（厚さａ、縦横ｂ）に対してγ線の入射角θ（ここで
は、便宜上入射角θを、シンチレータの法線に対してγ
線のなす角度でなく、シンチレータ面に対してγ線の入
射する角度を入射角とする）の検出効率について、その
入射角の依存性を求める。

【００２２】ここでθ₀をθ₀＝ｔａｎ^-1（ａ／ｂ）と
し、入射角θがθ₀≦θ≦π／２の場合（図２（ｂ）、
図３（ａ））、０≦θ≦θ₀の場合（図２（ｄ）、図３
（ｂ））について検出効率を求める。

【００２３】θ₀≦θ≦π／２の場合、ｇ₁＝２ｂsinθ∫₀ ^Z［１−exp（−μｘ／cosθ）］ｄｘ …(4) ｆ₁＝ｂ（ｂ−ａ／tanθ)sinθ［１−exp（−μａ／sinθ） …(5) 全線量＝ｆ₁＋ｇ₁ 但し、Z＝ａ／tanθ

【００２４】０≦θ≦θ₀の場合、ｇ₂＝２ｂsinθ∫₀ ^b［１−exp（−μｘ／cosθ）］ｄｘ …(6) ｆ₂＝ｂ（ａ−ｂtanθ)cosθ［１−exp（−μａ／cosθ） …(7) 全線量＝ｆ₂＋ｇ₂

【００２５】ＮａＩを用いて、１００ｋｅＶ以上のγ線
に対して、計算した結果、図４に示すような信号強度の
角度依存性が得られた。すなわちγ線の入来方向を定め
ることができる。図４（ａ）はシンチレータの厚さａを
変えた場合の検出効率、図４（ｂ）はシンチレータの厚
さａを変えた場合の検出効率、図４（ｃ）はシンチレー
タの質量吸収係数を変えた場合の検出効率を示す図であ
る。

【００２６】解析計算で、その原理が確認できたので、
次に、モンテカルロ法を用いたγ線の吸収線量を評価す
る計算機プログラムを用いて数値計算を行った。

【００２７】ここではＣｄＺｎＴｅの半導体を用いた検
出器について数値計算を行う。

【００２８】ＣｄＺｎＴｅ（カドニウム・亜鉛・テル
ル）のγ線に対する吸収効率を図５に示す。また、この
検出器（結晶のサイズは15mmｘ15mmｘ２mm）に^２４１Ａ
ｍからの５９ｋｅＶのＸ線に対するエネルギースペクト
ラムを図６に示す。図６に示すように、６０ｋｅＶあた
りに光電ピークが観測される。

【００２９】

【実施例】本発明の実施例について説明する。実際の半
導体検出器は、通常アルミケースの中に半導体が設置さ
れるので、アルミケースによる放射線の吸収・散乱も実
際の数値計算で考慮に入れて計算を行った。

【００３０】図７は、本発明の一実施例の構成を説明す
るための説明図であり、ＣｄＺｎＴｅ半導体のサイズ
（１６mmφ、厚さ２mm）及びアルミケースのサイズを表
示し、１ｍの距離にγ線点線源を置いた配置が示されて
いる。ＣｄＺｎＴｅ半導体は三層構造とし、γ線源のエ
ネルギは0.059、0.125、0.662Ｍｅｖ等複数用意し、入
射角θは０〜９０度、１０度ステップとした。

【００３１】このモデルでモンテカルロ計算を行った結
果を図８に示す。図８において、横軸のＡngle（角度）
は図７のθである。ＣｄＺｎＴｅはＣｄＴｅに比べて少
しＺｎが加えられている。これによって少し感度が向上
するが、ＣｄＴｅとほぼ同じである。またサイズに対し
ても、１６mmφ×２mmであるとした。実際には15×15mm
×２mmであるが、これもそれほど大きな差ではない。

【００３２】さて、５９ｋｅＶ、８１ｋｅＶまでは角度
によって信号強度が大きく変化するが、エネルギーが高
くなるにつれて、信号強度が低下するとともに、角度依
存性（方向依存性）も低下する。

【００３３】これは、前述したように、検出器の厚さ方
向に、μ・ｄ＜＜１（但しｄは厚さ、μは質量吸収係
数）の近似が成立するようになるので、方向依存性がな
くなることが、数値計算でも確認できたのである。

【００３４】以上のように、数値計算によるシミュレー
ションで基本原理を実証することができたので、最後に
実験をＣｄＺｎＴｅを用いて行った。

【００３５】実験のセットアップを図９に示す。

【００３６】²⁴¹Ａｍのソース（59kev）を半径２５cmで
円弧上を移動させて、中心にアルミハウジングにＣｄＺ
ｎＴｅ結晶を備え、ＣｄＺｎＴｅ結晶の信号を測定し
た。

【００３７】測定は光電ピークについて積分を行い、そ
のカウント数を角度別（１０°毎）に測定を行った。

【００３８】実験結果を図１０に示す。半導体に印加し
た電圧は１００Ｖ、２００Ｖの２種類であるがほとんど
差がない。

【００３９】図１０に示したこの結果と、図８に示した
モンテカルロ計算は誤差の範囲で完全に一致する。以上
より、信号強度が角度依存性を持つことが実験的にも判
明した。

【００４０】次に、どの方向からγ線が飛来してきたか
を求める計算方法について簡単に説明する。

【００４１】γ線の来る方位をθ₀とすれば、信号強度
Ｓは近似的に、Ｓ＝Ｓ₀・cos（θ−θ₀） …（８）と表わせる。

【００４２】この式（８）を、得られた実験データに対
して回帰分析ツール等でフィッティングさせ、Ｓ₀、θ₀
をパラメータとして求めれば、方位角θ₀を求めること
ができる。

【００４３】検出器を回転させる角度の面内の方向が判
明するので、３次元的な位置を求めるには、この回転方
向と垂直方向に検出器をさらに回転させれば（例えばＸ
Ｙ平面上の回θ転に対して、Ｚ軸方向にφ回転させ
る）、完全にγ線源の方位角が決定できる。

【００４４】このように、検出器を回転させる構成が本
発明の特徴の一つである。複数の検出器を互いの角度を
変えて並設してもよい。この場合、複数の検出器を回転
させてもよい。

【００４５】大きさの異なる検出器を複数用意し、これ
らを回転させたり、あるいは角度を変えて並べる。検出
器の検出結果に基づき公知の画像処理方法を用いて画像
表示装置の画面上にγ線源の方向が可視化して表示され
る。

【００４６】本発明の実施例において、エネルギースペ
クトラムよりあるエネルギー範囲内のγ線強度について
のみデータ処理を行うようにしてもよい。

【００４７】検出器の構成としては、図７に示したよう
に、一側にγ線を吸収する物質を貼り方向性を出すよう
にしてもよい。

【００４８】また、一定距離離れた複数の検出器のγ線
検出信号の検出時間の時間差よりγ線の入来方向を見つ
けるようにしてもよい。

【００４９】角度の分解能を高くするために複数の検出
器からの信号を乗算した信号を利用してもよい。

【００５０】さらに、本発明は、従来からの鉛やタング
ステンなどのコリメータを利用した、図１２に示したよ
うな従来のγ線画像装置と組み合わせて利用してもよ
い。

【００５１】更に、ＣＣＤを用いた通常のビデオカメラ
による可視画像をγ線画像に重ね合わせて表示するシス
テムを構成してもよく、この場合、γ線源の方向性がよ
り明確となる。

【００５２】複数の場所の異なった検出器からデータを
画像処理装置にて画像処理を行い、３次元画像データを
可視化出力する可視画像装置を構成してもよい。この場
合、従来のγ線画像装置と本発明による可視画像装置を
組み合わせて同じ画面に２つの画像を、好ましくは重ね
て表示する。

【００５３】γ線検出器のエネルギースペクトラム信号
から光電ピーク、ユンプトンエッジ付近の信号のみのデ
ータを処理するようにしてもよい。

【００５４】回転もしくは角度を変えて複数の検出器に
対して、さらに、図１１に示すように、互いに垂直（直
交）となるようにアレイ状に配設してもよい。すなわ
ち、検出器（シンチレータ）ＡによってＺ軸に垂直なＸ
−Ｙ平面からの入射方向が判明し、シンチレータＢによ
ってＺ−Ｘ平面からの入射方向が判明する。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
コリメータを用いることなく、γ線の方位を特定するこ
とができる、という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明するための図である。

【図２】本発明の原理を説明するための図である。

【図３】本発明における検出器の入射角度依存性を説明
するための図である。

【図４】本発明における検出器の入射角度依存性の計算
結果を示す図である。

【図５】ＣｄＴｅの吸収率を示す図である。

【図６】ＣｄＺｎＴｅのエネルギースペクトラムを示す
図である。

【図７】本発明の一実施例として構成を示す図である。

【図８】本発明の一実施例のシミュレーション結果を示
す図である。

【図９】本発明の一実施例として実験セットアップを示
す図である。

【図１０】本発明の一実施例として実験結果を示す図で
ある。

【図１１】本発明の一実施例における検出器の配置例を
示す図である。

【図１２】従来の放射線映像化装置の構成を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０１コリメータ１０２検出器１０３距離計１０４ＩＴＶ１０５インタフェース１０６計数回路１０７パソコン１０８画像ミックスコントローラ１０９ＣＲＴ１１０プリンタ１１１スチールビデオレコーダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2G088 EE01 EE09 EE17 EE30 FF04 FF18 GG09 JJ01 JJ05 JJ22 KK33 MM06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】検出器の形状効果を利用することでガンマ
線の検出効率が入射角依存性を有し、ガンマ線飛来方向
を求めることを可能としてなる、検出器。
【請求項２】入射ガンマ線の吸収線量が容積に比例する
ことなく、ガンマ線の入射方向によって吸収線量が変化
するように構成されてなる、ことを特徴とする検出器。
【請求項３】請求項２記載の前記検出器を所定の軸を中
心に回転させることでガンマ線源の方向を検知する、こ
とを特徴とする検出装置。
【請求項４】請求項２記載の前記検出器を、Ｚ軸を中心
にＸＹ平面で回転させるとともにＺ軸を原点を中心に回
転させることでガンマ線源の方向を３次元空間で検知す
る、ことを特徴とする検出装置。
【請求項５】請求項２記載の前記検出器を複数備え、前
記複数の検出器が、前記検出器の配置角度を変えてアレ
イ状に並設されている、ことを特徴とする検出装置。
【請求項６】請求項２記載の前記検出器を複数備え、前
記複数の検出器をそれぞれ独立に又は連動させて回転さ
せることで、ガンマ線源の方向を検知する、ことを特徴
とする検出装置。
【請求項７】前記複数の検出器が、サイズの異なる検出
器を含む、ことを特徴とする請求項５又は６記載の検出
装置。
【請求項８】予め定められたエネルギー範囲内のガンマ
線強度についてのみ前記検出器で得られたデータ処理を
行いガンマ線源の方向を検知する、ことを特徴とする請
求項３乃至６のいずれか一に記載の検出装置。
【請求項９】前記検出器が、一側にガンマ線吸収部材を
貼りつけてなる、ことを特徴とする請求項１又は２記載
の検出器。
【請求項１０】前記複数の検出器が互いに離間されて配
設され、前記検出器での検出信号の信号の時間差よりガ
ンマ線源の方向を検知する手段を備えた請求項５又は６
記載の検出装置。
【請求項１１】前記複数の検出器からの検出信号を掛け
合わせた信号を用いてガンマ線源の方向を特定する、こ
とを特徴とする請求項５又は６記載の検出装置。
【請求項１２】請求項１又は２記載の検出器が互いに離
間して複数配設され、前記複数の検出器からの検出信号
に対して所定の画像処理を施し３次元画像データを表示
装置に出力する、ことを特徴とする放射線画像検出装
置。
【請求項１３】コリメータ及び距離計を用いてガンマ線
源の画像情報を生成する画像装置と請求項１２記載の装
置を組み合わせて、表示装置の画面上に前記各装置より
得られた２つの画像を表示することを特徴とする放射線
画像検出装置。
【請求項１４】請求項１又は２記載の検出器のエネルギ
ースペクトラム信号から光電ピーク、コンプトンエッジ
付近の信号のみについて検出データの処理を行なう検出
装置。
【請求項１５】請求項１又は２記載の検出器を複数備
え、前記複数の検出器を回転自在にもしくは角度を変え
てマトリクス状に配置してなる、ことを特徴とする検出
装置。
【請求項１６】前記各装置より得られた２つの画像を重
ね合わせて表示することを特徴とする請求項１３記載の
放射線画像検出装置。
【請求項１７】ＣＣＤカメラによる画像と請求項１２記
載の装置によるガンマ線画像を表示装置に重ね合わせて
表示することを特徴とする放射線画像検出装置。