JP2014194374A

JP2014194374A - 放射線測定装置

Info

Publication number: JP2014194374A
Application number: JP2013070970A
Authority: JP
Inventors: Kazutoshi Higuchi; 和俊樋口; Yoshitaka Imakado; 義隆今門; Yasuyuki Oki; 靖之黄木; Yasuhiro Nakano; 康啓中野
Original assignee: Hitachi Aloka Medical Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2014-10-09

Abstract

【課題】
ピンホールコリメータを通る放射線の飛程がいずれの方向であっても、いずれか一つの放射線検出素子だけを通るように構成して、放射線源の位置を正確に特定する。
【解決手段】
撮影範囲をカバーするようにピンホールコリメータの後方に２次元配置された複数の放射線検出素子において、全ての放射線検出素子の主たる検出軸がピンホールコリメータの中心を通るように各々の放射線検出素子を配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射線を測定する放射線測定装置に関するものである。

道路や公園、家屋における放射線量を測定するには、放射線測定器で空間放射線量を測定するのが一般的だが、放射性物質が堆積するなどして、局地的に放射線量が高くなっている場所である「ホットスポット」を特定するには、放射線の分布を特定するために多くの場所を測定する必要があり、測定に長い時間と多くの労力を要していた。

特表２０１１−５２４５３２号公報

放射線カメラの動作原理は、放射線源からの放射線が、鉛またはタングステン等の放射線遮蔽材で作られたピンホールまたはコーデッドマスク等のコリメータを介して、マトリクス状に配列された放射線検出素子と相互作用することにより、直接または間接的に得られる電気信号から、放射線源の位置ならびに放射線のエネルギーを決定し、これらを画像の明度や色相として表示するものである。

図８は、ピンホールコリメータ８０３と放射線検出器カードの放射線検出素子８０１の配列を模式的に示したものであるが、各々の放射線検出素子８０１は、互いに平行に配置されているので、特に中心から離れた位置に配置された放射線検出素子においては、放射線源からの放射線の飛程８０５が放射線検出素子Ａ８１１と放射線検出素子Ｂ８１２を通る直線上にあった場合には、放射線が放射線検出素子８０１と相互作用する位置は、放射線検出素子Ａ８１１である場合と、放射線検出素子Ｂ８１２である場合の２通りの場合があり、いずれかに特定することはできない。このため、画像を構成する際に画素間の誤差が出て、中心部に比べて周辺部の解像度が低下するという欠点があった。

放射線測定装置で得られた画像から放射線源の位置を特定する用途において、この欠点は大きな障害である。このように、放射線の飛程が複数の放射線検出素子を通る構成では、放射線源の正確な位置を認識できない場合を生じさせたり、誤った位置を認識してしまう等の問題があった。

本発明は、上記課題を解決し、より正確な放射線源の位置を特定することが可能な放射線測定装置を提供するものである。

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次の通りである。
（１）ピンホールコリメータと、前記ピンホールコリメータの穴を通過した放射線を検出する複数の放射線検出素子と、前記複数の放射線検出素子を配列した放射線検出器カードと、を備え、前記複数の放射線検出素子は、前記複数の放射線検出素子各々の検出軸が前記ピンホールコリメータの穴を通るように配置されていることを特徴とする放射線測定装置である。
（２）（１）記載の放射線測定装置であって、前記複数の放射線検出素子を配列した放射線検出器カードは複数あり、前記複数の放射線検出器カードは、前記ピンホールコリメータの穴に対して放射状に配置されていることを特徴とする放射線測定装置である。

本発明によれば、より正確な放射線源の位置を特定することが可能な放射線測定装置を提供することが可能となる。

放射線測定装置の放射線検出素子の配列方法を示した説明図である。放射線測定装置の外観を示した説明図である。放射線測定装置の放射線検出器カードの構成を示した説明図である。放射線測定装置の放射線検出器カードの保持方法を示した説明図である。放射線測定装置の放射線検出器モジュールの構成を示した説明図である。放射線測定装置の放射線検出器モジュールの保持方法を示した説明図である。放射線測定装置の放射線カメラの構成を示した説明図である。放射線測定装置の放射線検出素子の従来の問題点を示した説明図である。放射線測定装置の放射線カメラの動作原理を示した説明図である。放射線測定装置の放射線検出器カードの配列方法を示した説明図である。放射線測定装置の放射線検出素子の配列方法を示した説明図である。放射線測定装置の放射線検出素子の配列方法を示した説明図である。放射線測定装置の放射線検出器カードの構成を示した説明図である。

放射線の分布状況を可視化できる放射線測定装置としては、図２のような構成があり、この放射線測定装置２１は放射線カメラ２２で測定した放射線の画像と光学カメラ２３で撮影した画像とを重ね合わせ、さらに対象物までの距離を距離計２４で測定し、対象物の位置での放射線量を算定することで、放射線の強度を色の違い等で表示し、短時間で広範囲における放射線量を測定することができる。

図２に示した放射線測定装置２１の放射線カメラ２２の具体的な構成を以下に述べる。
図３に放射線検出素子１の１次配列構造を示す。放射線検出素子１としては、テルル化カドミウムである化合物半導体の結晶を用い、一方の側面にはプラチナ電極を、他方の側面にはインジウムを蒸着して、半導体の構造を形成している。正極側電極基板３１の上に直線上に配置され、さらにその上から負極側電極フレキシブル基板３２に接続される。接続には導電性接着剤が使用される。放射線検出素子１は４個の電極に分割していて、一つの放射線検出素子１で画像の４画素分を構成する。この場合、１列に４個の放射線検出素子１を並べて１６画素分としている。
また、正極側電極基板３１は両面に電極を有しているので、正極側電極基板３１の裏側にも同様に放射線検出素子１を配置することができる。このようにして２列の放射線検出素子１を配列した放射線検出器カード２を構成する。

放射線検出器カード２は図４に示すように、たとえば全部で８枚の放射線検出器カード２を収容できるように構成した放射線検出器カード保持部材３３に組み込まれる。
この例では、最終的に図５で示すように、８枚の放射線検出器カード２により１６列の放射線検出素子１を配置することができる。このように、１６×１６の放射線検出素子の検出面を並べることで、１６×１６の画素を持った放射線検出器モジュール３４を構成しうる。なお、放射線検出器カードに配列される放射線検出素子の数や、放射線検出器カード保持部材に組み込まれる放射線検出器カードの数はこれに限られず、種々変更可能である。

放射線検出器モジュール３４は図６に示すように、放射線を遮蔽する材料でできた放射線検出器モジュール保持部材３５の中に収容し、図７に示すように撮影面の前面に、同じく放射線を遮蔽する材料でできたピンホールコリメータ３を取り付けて、放射線カメラ２２を構成する。

ところで、放射線カメラ２２において、必要な画像分解能を確保しながら広い視野を撮影するためには、放射線検出素子１の員数を増加させ測定面積を広くする必要がある。また、放射線検出器の検出感度を高めるためには、放射線検出素子１の内部での放射線の飛程が長くなるように放射線検出器の長さまたは厚さを増加させる必要がある。さらに、前述の通り、放射線の飛程が複数の放射線検出素子を通ることにより生じる放射線源の位置誤認識の課題を解決する必要がある。

上記図３乃至図６では放射線検出素子並びに放射線検出器カードを平行に配列したものが示されているものの、この課題を解決するために、放射線検出素子の配列を工夫することが考えられる。以下、放射線カメラ２２の全体構成は上記した内容を基本としつつ、放射線検出素子並びに放射線検出器カードの配列に特徴を有する各実施例について説明する。尚、各実施例では、放射線カメラの全体構成は上記内容を踏襲するものとして説明を適宜省略し、特徴部分を主として説明する。

図１は放射線カメラ２２の放射線検出素子１、放射線検出器カード２とピンホールコリメータ３の実装形態を示すための説明図であって、ピンホールコリメータ３の後方には、目的とする撮影範囲をカバーするように、ピンホールコリメータ３から適当な距離をおいて放射線検出カード２を構成する複数の放射線検出素子１が配置される。

放射線源からの放射線は、ピンホールコリメータ３の中心の穴を通過した放射線だけが、放射線検出素子１に到達する。穴を通過しない放射線は、ピンホールコリメータ３を構成する放射線遮蔽材により吸収されるので、放射線検出素子１には到達することがない。また、図６に示したように放射線検出器モジュール３４は放射線遮蔽材で作られた放射線検出器モジュール保持部材３５に囲まれているので、目的としない方向からの放射線も放射線検出素子１に到達することがない。

このとき、複数の放射線検出素子１は各々の放射線検出素子の主たる検出軸４がピンホールコリメータ３の穴の中心を通るように配置される。この際、図１に示すように、放射線検出素子の各検出面からピンホールコリメータ３の穴までの最短距離が略等しくなるように配置される。また、放射線検出素子１を実装するにあたっては、放射線検出素子１を平面上に並べ、放射線検出器カード２を形成する。

一方で、放射線検出の電気的な動作と信号処理について、本実施例での半導体検出素子による放射線検出原理を図９に示す。本実施例では、放射線検出素子１としてカドミウムテルライドの結晶を用い、一方の側面にはプラチナを、他方の側面にはインジウムを電極として蒸着して、半導体の構造を形成しており、基本的には、通常電子回路に使用されているショットキダイオードと同じくＰ層、空乏層、Ｎ層を形成する。

放射線検出素子１のキャリアが存在しない空乏層に放射線が入射すると電離し、電子とホールを生成する。プラチナ電極側である負極側電極３７には負荷抵抗９１を介して高電圧電源９５によって負のバイアス電圧が印加されているので、放射線の電離によって生じた電子とホールをインジウム電極（正極側電極３６）とプラチナ電極（負極側電極３７）に集め負荷抵抗９１に流れるパルス電流に変換する。パルス電流は低雑音増幅器９２により増幅された後、マルチチャネル波高分析器９３により波高分布として測定される。この波高分布をもとに、スペクトル解析器９４により信号ピーク部分の解析・処理が行われ、放射能の核種とその量を求めることができる。

図１では、放射線検出器カード２上に配置された複数の放射線検出素子１の１次元配列を示しているが、放射線検出モジュール３４としては、２次元の画像に適用しなければならないので、さらに、図１０で示すように、図１と同様な考え方で、今度は各々の放射線検出器カード２の主たる検出軸がピンホールコリメータ３の穴の中心を通るように、すなわち、ピンホールコリメータ３の穴に対して放射状に配置される。最終的に放射線検出器カード２上に配置された全ての放射線検出素子１が２次元配列され、その全ての放射線検出素子の主たる検出軸４がピンホールコリメータ３の穴の中心を通るように配置される。

本実施例を説明するために用いた図では、図１で放射線検出器カード２上に配置された放射線検出素子１の員数が９個、図３で放射線検出器カード２の員数が９個の例を示しているので、得られる画像の解像度は８１画素になるが、１つの放射線検出器カード上に配置される放射線検出素子の員数並びに放射線検出器カードの員数はこれに限られず、適宜変更可能である。また、全ての放射線検出器カードで配置される放射線検出素子の員数が同じで無くてもよく、外側にいくに従って放射線検出素子の数を多くしたり少なくしたりする等、適宜変更しても構わない。

このような放射線検出素子の実装形態を採用したので、撮影範囲からの放射線は、ピンホールコリメータを介して、その飛程がいずれか一つの放射線検出素子だけを通るので、得られた画像の画素間の誤差を低減し、より正確に放射線源の位置を特定することが可能となる。

第２の実施例では、ピンホールには焦点距離という概念が無いことを利用して、各々の放射線検出素子の主たる検出軸４はピンホールコリメータ３の穴の中心を通るように配置しつつ、図１１に示すように、放射線検出器カード２上に配置された複数の放射線検出素子１各々の検出面の位置が同一線上で並ぶように、ピンホールコリメータ３から放射線検出素子１までの最短距離を、放射線検出素子１ごとに変えて配置される。

第２の実施例では、放射線検出器カード２上に、複数の放射線検出素子１をほぼ一列に配置することができるので、第１の実施例で示した効果に加え、放射線検出器カード２の外形を小さくし、全体として放射線検出器モジュール３４も小型化することができる。

図１１で示した第２の実施例では、放射線検出素子１の配置スペースを小さくできるが、放射線検出素子１の隣同士がお互いに接触しないように、高い位置精度が要求される。第３の実施例では、図１２に示すように、放射線検出素子１を任意の位置に配置することもできる。このように複数の放射線検出素子１を配置することによって、放射線検出素子１の隣同士がお互いに接触しないように、間隔を開けた配置が可能になる。

ここで、さらに第３の実施例における放射線検出器カード２の構成を図１３に示す。図１３は、図１２で示す放射線検出器カード２を横向きにした状態の構成図である。正極側電極基板３１と負極側電極フレキシブル基板３２には、放射線検出素子１の蒸着電極と接触するように、それぞれ正極側電極３６と負極側電極３７とが設けられている。この電極は、プリントパータンとして形成することもできるし、ばね性を有する薄い金属を電極として配置することもできる。正極側電極３６と負極側電極３７の目的とするところは、放射線検出素子１の蒸着電極から損失なく電気信号を取り出せるようにすることである。もちろん正極側電極３６は、正極側電極基板３１上の放射線検出素子１が配置されるべき位置に設けられており、負極側電極３７は、負極側電極フレキシブル基板３２上で放射線検出素子１の蒸着電極と接触するべき位置に設けられている。放射線検出素子保持部材３８は、正極側電極基板３１の上に設けられ、ちょうど放射線検出素子１が配置されるべき位置に、放射線検出素子１が収まるように穴が設けられており、放射線検出素子１が動かないように固定する役割を担っている。そして、放射線検出素子１は、放射線検出素子保持部材３８の穴に納められる。さらに、放射線検出素子１の上部の蒸着電極から電気信号を取り出すために、もう一枚の負極側電極フレキシブル基板３２によって覆われる。

また、図９で説明した電気回路は、放射線検出器カード２とは別に構成することも可能であるが、放射線検出素子１で検出する電気信号の強度は極めて微弱で、漏えい電流や雑音の影響を受けやすいので、負荷抵抗９１および低雑音増幅器９２は、放射線検出器カード２の正極側電極基板３１上に設けている。マルチチャネル波高分析器９３は、放射線検出器カード保持部材３３に内蔵したプリント基板回路に実装しており、スペクトル解析器９４と高電圧電源９５は、放射線カメラ２２とうは別に放射線測定装置２１内に納められている。

第３の実施例では、このような放射線検出素子１の実装形態を採用したので、放射線検出素子１を配置する間隔も広く取れるので、放射線検出素子１を実装する際の位置精度を緩和することができる。さらに、放射線検出素子保持部材３８を導入することによって放射線検出素子１を固定することができるので、必ずしも放射線検出素子１を正極側電極基板３１と負極側電極フレキシブル基板３２に接着する必要が無く、放射線検出素子１の交換、修理等が可能になる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。また、各実施例で示した事項を他の実施例に適用してもよく、またそれらを適宜組み合わせる等しても構わない。

１放射線検出素子
２放射線検出器カード
３ピンホールコリメータ
４放射線検出素子の主たる検出軸
２１放射線測定装置
２２放射線カメラ
２３光学カメラ
２４距離計
３１正極側電極基板
３２負極側電極フレキシブル基板
３３放射線検出器カード保持部材
３４放射線検出器モジュール
３５放射線検出器モジュール保持部材
３６正極側電極
３７負極側電極
３８放射線検出素子保持部材
９１負荷抵抗
９２低雑音増幅器
９３マルチチャネル波高分析器
９４スペクトル解析器
９５高電圧電源
８１１放射線検出素子Ａ
８１２放射線検出素子Ｂ

Claims

ピンホールコリメータと、
前記ピンホールコリメータの穴を通過した放射線を検出する複数の放射線検出素子と、
前記複数の放射線検出素子を配列した放射線検出器カードと、
を備え、
前記複数の放射線検出素子は、前記複数の放射線検出素子各々の検出軸が前記ピンホールコリメータの穴を通るように配置されていることを特徴とする放射線測定装置。
請求項１記載の放射線測定装置であって、
前記複数の放射線検出素子を配列した放射線検出器カードは複数あり、
前記複数の放射線検出器カードは、前記ピンホールコリメータの穴に対して放射状に配置されていることを特徴とする放射線測定装置。
請求項１又は２記載の放射線測定装置であって、
前記複数の放射線検出素子は、前記複数の放射線検出素子の検出面と前記ピンホールコリメータの穴との距離が略同一となるように配置されることを特徴とする放射線測定装置。
請求項１又は２記載の放射線測定装置であって、
前記複数の放射線検出素子は、前記複数の放射線検出素子の検出面の位置が同一直線上に並ぶように配置されることを特徴とする放射線測定装置。