JP2015148448A - 荷電粒子検出装置およびガンマカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】キャリブレーションの自動化が容易であり、その結果、作業者による煩雑な作業が不要ないし低減できる荷電粒子検出装置などを提供する。【解決手段】荷電粒子検出装置１は、電子検出部１４と、信号処理部１５と、選別部２５と、ミューオンの情報を蓄積する蓄積部３０と、演算部３２を有する。電子検出部は、散乱体１２内を飛行する荷電粒子の飛跡に沿って発生した電離電子を検出する。信号処理部は、電子検出部の検出による信号を処理し荷電粒子の情報を取得する。選別部は、信号処理部により検出された荷電粒子の情報からミューオンの情報を選別する。演算部は、蓄積されたミューオンの情報に基づき荷電粒子の情報検出の感度に関する係数を取得する。【選択図】図１

Description

本発明は、荷電粒子検出装置、およびそれを使用して環境放射線計測や核医学診断等を行うガンマカメラなどに関する。

従来、放射線源から発生するガンマ線の強度分布を計測し、画像として表示するガンマカメラの一方式であるコンプトンカメラが知られている。コンプトンカメラは、入射ガンマ線と散乱体との間で生じるコンプトン散乱を利用し、入射ガンマ線の入射方向の検出を行う。ここで、入射ガンマ線の入射方向の算出には、コンプトン散乱により生じた散乱ガンマ線のエネルギーと散乱方向ベクトルの他に、コンプトン散乱により生じた反跳電子のエネルギーと反跳方向ベクトルを必要とする。この反跳電子の検出には、エネルギーと共に飛跡の位置検出も可能な荷電粒子検出装置を用いる。

特許文献１には、一例として、散乱体であるガス、電離電子をドリフトさせるための電界印加手段、２次元に配置された電極で構成された電子検出手段であるＭＳＧＣ（マイクロストリップガスチャンバー）を備えた荷電粒子検出装置が示されている。この検出装置において、入射ガンマ線とガス分子中の電子とのコンプトン散乱により生じた反跳電子は、連続的にガス分子を電離しながら飛行し、その飛跡上に、多数の電離電子から成る電子雲を発生させる。この電子雲は、電界印加手段による電界から受ける力によって反跳電子の飛跡と同一の形状を維持しながらＭＳＧＣまでドリフトする。ＭＳＧＣは、この電子を増幅するとともに、電子雲（飛跡）の２次元平面への投影の位置（Ｘ，Ｙ座標）を検出する。一方、ガンマ線検出器による散乱ガンマ線の検出時点、即ちコンプトン散乱を生じた時点と、ＭＳＧＣによる電離電子の検出時点との差、および電離電子のドリフト速度から、ＭＳＧＣから飛跡までの距離（Ｚ座標）が検出される。ここにおいて、散乱ガンマ線の速度は非常に高速であるので、コンプトン散乱を生じた時点は散乱ガンマ線の検出時点と同じとみなし得る。このようにして反跳電子の飛跡の３次元位置を算出することができる。

特開２００１−１３２５１号公報

上記特許文献１によれば、反跳電子のエネルギーは飛跡の長さやＭＳＧＣで検出した電離電子のエネルギーから求められるとしている。しかし実際には、装置を構成する部材から気化した成分等のため、時間経過とともに散乱体であるガスの成分に変化が生じ、それに伴って電子検出手段における電子の増幅率が変化する。また、通常、散乱体であるガスには放電を抑制する目的で炭化水素を混ぜるが、時間経過とともにこの炭化水素の重合生成物がＭＳＧＣ表面に付着し、電子の増幅率を変化させることもある。その結果、電離電子の検出値の、実際の反跳電子のエネルギーに対する量的関係（感度）が変動する。そのため、予め設定された一定の係数（該感度に係る数値）を用いて電子の検出値から反跳電子のエネルギーを算出した場合、時間経過とともに次第に誤差が増大するという問題がある。

このような問題の発生を防止するためには、頻繁にキャリブレーションを行って反跳電子のエネルギーを算出するための係数を更新しなければならない。そのためには、ガンマ線計測の合間に作業員がキャリブレーション作業などを行う必要があり、これにより、幾つかのエネルギーの異なる標準の放射線源の設置、退避を繰り返すなどの煩雑な作業が発生する。

上記課題に鑑み、本発明による荷電粒子検出装置は、散乱体内を飛行する荷電粒子の飛跡に沿って発生した電離電子を検出する電子検出部と、前記電子検出部の検出による信号を処理し前記荷電粒子の情報（反跳電子のエネルギーＫｅ、電子の反跳方向ベクトルｅ、３次元位置データなど）を取得する信号処理部と、前記信号処理部により取得された前記荷電粒子の情報からミューオンの情報を選別する選別部と、前記ミューオンの情報を蓄積する蓄積部と、蓄積された前記ミューオンの情報に基づき前記荷電粒子の情報検出の感度に関する係数を取得する演算部と、を有する。

また上記課題に鑑み、本発明によるガンマカメラは、上記の荷電粒子検出装置、および入射ガンマ線と散乱体のコンプトン散乱により生じた散乱ガンマ線の検出器を備えたことを特徴とする。

本発明による荷電粒子検出装置およびガンマカメラでは、自然界に存在する２次宇宙線であるミューオンを利用してキャリブレーションを行うことによって、荷電粒子の情報（反跳電子のエネルギーなど）の検出の感度に関する係数を取得する。従って、キャリブレーションの自動化が容易であり、その結果、作業者による煩雑な作業が不要ないし低減できる。

本発明によるガンマカメラの概略構成を示す図。 実施形態１における電子検出回路およびガンマ線検出回路の構成を示す図。 実施形態２における電子検出回路およびガンマ線検出回路の構成を示す図。 チャンバー内のミューオンの飛行の状態を示す図。 チャンバー内のガンマ線と反跳電子の飛行の状態を示す図。 地表面付近におけるミューオンのエネルギーＫμの分布を示す図。 ミューオンのエネルギーＫμとエネルギー損失ｄＫμ／ｄｘの関係を示す図。 キャリブレーションにおいて算出した係数Ａμの数の分布を示す図。

本発明では、散乱体内を飛行する荷電粒子の飛跡に沿って発生した電離電子を検出し、その検出信号を処理して荷電粒子の情報を取得する。そして、取得された荷電粒子の情報からミューオンの情報を選別して蓄積し、蓄積されたミューオンの情報に基づき前記荷電粒子の情報検出の感度に関する係数を取得する。電離電子を検出する手段は、処理により荷電粒子の情報を取得できる信号を検出できるものであればどの様なものでもよい。

典型的には、電離電子の検出で得られる荷電粒子の情報の内、荷電粒子のエネルギーに関して前記係数を用いて算出する。また、荷電粒子についての飛跡の位置情報をもとにミューオンの情報を選別する。また、蓄積されたミューオンの情報に加えて、ミューオンについてのエネルギー損失と飛跡の位置情報をもとに前記係数を決定する。また、ミューオン以外の荷電粒子を計測する第１の動作モードにおいて、コンプトン散乱とは別の光電吸収と呼ばれる相互作用で生じる光電子などの計測も可能である。

本発明による荷電粒子検出装置およびガンマカメラの実施形態について説明する。はじめにガンマカメラ全体の概略構成と動作について図１により説明する。ここで、１は荷電粒子検出装置、２はガンマ線検出回路、３はガンマ線入射方向演算回路、４は画像再構成装置、５は表示装置である。荷電粒子検出装置１は、散乱体であるガス１２の密閉容器であるチャンバー１１、チャンバー１１内に設置された電極１３と電子検出部である電子検出器１４、ガンマ線検出器１６、および信号処理部である電子検出回路１５から成る。放射線源から到来しチャンバー１１内に入射した個々の入射ガンマ線（フォトン）とガス１２の分子内の電子との間のコンプトン散乱の結果、反跳電子と散乱ガンマ線が生じる。この反跳電子（これによる電子雲）は電子検出器１４によって検出され、散乱ガンマ線はガンマ線検出器１６によって検出される。

電子検出回路１５は、反跳電子の検出データから反跳電子のエネルギー、コンプトン散乱点の位置、および反跳方向ベクトルを算出する。またガンマ線検出回路２は、散乱ガンマ線の検出データから散乱ガンマ線のエネルギー、および散乱方向ベクトルを算出する。ガンマ線入射方向演算回路３は、個々のコンプトン散乱事象について反跳電子のエネルギー、反跳方向ベクトル、散乱ガンマ線のエネルギー、および散乱方向ベクトルを元に、入射ガンマ線の到来方向を算出する。画像再構成装置４は、複数のコンプトン散乱事象について入射ガンマ線の入射方向から強度分布を画像データ化し、表示装置５によって強度分布を濃淡や色の違いなどによって表示する。

次に荷電粒子検出装置１の詳細について説明する。チャンバー１１内に入射した１００ｋｅＶ〜２０００ｋｅＶ程度のエネルギーを持つ入射ガンマ線（フォトン）は、ガス１２（たとえばアルゴン、キセノンなど）の分子内の電子との間でコンプトン散乱を生じさせる。その結果、入射ガンマ線よりも小さいエネルギーを持つ反跳電子と散乱ガンマ線を生じる。入射ガンマ線のエネルギーをＥ０、反跳電子のエネルギーをＫｅ、散乱ガンマ線のエネルギーをＥγとすると、Ｅ０＝Ｋｅ+Ｅγの関係が成立する。反跳電子はチャンバー１１内を飛行しながら次々とガス１２の分子による散乱を受け、その都度、電離電子を発生させる。この様子を図５に示す。なお図中、５４はチャンバー１１（図示せず）に入射する入射ガンマ線、Ｐｃはコンプトン散乱点、５５は散乱ガンマ線、５６は反跳電子、Ｐａはガンマ線検出器１６による散乱ガンマ線５５の吸収点である。また、ｓは入射ガンマ線５４の入射方向ベクトル（入射方向の単位ベクトル）、ｇは散乱ガンマ線５５の散乱方向ベクトル（散乱方向の単位ベクトル）、ｅは反跳電子５６の反跳方向ベクトル（コンプトン散乱点Ｐｃにおける反跳方向の単位ベクトル）である。

反跳電子５６の飛跡に沿う線上には、多数の電離電子からなる電子雲５７を生じる。反跳電子５６は電離の度に徐々にエネルギーを失い、やがては全てのエネルギーを失って停止する。反跳電子５６の散乱の間隔や方向は不規則であるため、飛跡即ち電子雲５７の形状も、図示するように不規則に屈折した線状となる。

電子検出器１４はＭＳＧＣ等の平板状の２次元検出器であり、図１に示すようにチャンバー１１内の下部に取り付けられている。電子検出器１４は画素またはラインに対応した複数の検出器から成り、電子の増幅機能も有する。電極１３は平板状であり、電子検出器１４と平行に対向するようにチャンバー１１内の上部に取り付けられている。電圧印加部により電極１３と電子検出器１４の間に所定の電圧を印加することにより、電極１３と電子検出器１４に挟まれたガス１２が占める領域には電子検出器１４に垂直な電界が形成されている。コンプトン散乱の結果、図５に示すようにこの領域内に生じた電子雲５７は、この電界から受ける力によってその形状を保ったままドリフトし、電子雲５７の電子検出器１４への投影５８の位置（Ｘ，Ｙ座標）が検出される。一方、散乱ガンマ線５５はチャンバー１１の下方に配置されたガンマ線検出器１６で検出される。

（実施形態１）
本発明による荷電粒子検出装置１の実施形態１について説明する。本実施形態による荷電粒子検出装置１はガンマ線計測モード（第１のモード）とキャリブレーションモード（第２のモード）という別々に実行される２つの動作モードを持つ。

まずキャリブレーションモードについて説明する。このモードでは、自然界に存在する２次宇宙線であるミューオンを利用して反跳電子の検出データから反跳電子のエネルギーを算出するための係数を求める。ミューオンは電荷を持った高エネルギーの荷電粒子であり、反跳電子と同様にガス１２の分子に対する電離能力を有する。図６に、地表面付近において観測されるミューオンのエネルギーＫμの分布を示す。図から分かるように分布はエネルギーＫμが１００ＭｅＶ〜２０００ＭｅＶにピークを持つ。例えばチャンバー１１の上面の寸法を１００ｍｍ×１００ｍｍとすると、この面からチャンバー内に入射する上記エネルギー範囲のミューオンのみでも１時間に約２０００個である。このような高エネルギーのミューオンは透過能力が非常に高いため、コンクリート製の建造物であってもほとんど減衰せずに内部に入射する。従って、本発明による荷電粒子検出装置１の使用場所が制限されることはない。

ミューオンは、コンプトン散乱で生じた反跳電子と同様にチャンバー１１内で電離電子を発生させながら飛行する。この様子を図４に示す。なお図中、５１はチャンバー１１（図示せず）に入射するミューオンである。ミューオン５１の飛跡に沿う線上には、多数の電離電子からなる電子雲５２を生じる。電離によるミューオン５１のエネルギー損失は元のエネルギーに比べると極めて小さいため、ミューオン５１は途中で停止することはなくチャンバー１１を貫通する。また、ミューオンの質量は電子の約２００倍もあるので、電子と相互作用を生じても散乱角は非常に小さく、その結果、飛跡はほぼ一直線状になる。前述したように、電子雲５２は電界から受ける力によってその形状を保ったままドリフトし、電子検出器１４への投影５３の位置（Ｘ，Ｙ座標）が検出される。

図７に、ミューオンのエネルギーＫμと１気圧のアルゴンガス中における飛距離１ｍｍ当たりのエネルギー損失ｄＫμ／ｄｘとの関係を示す。エネルギーＫμが１００ＭｅＶ〜２０００ＭｅＶの時にエネルギー損失ｄＫμ／ｄｘは極小となり、その値はほぼ一定で０．２５ｋｅＶ／ｍｍとなる。このように元のエネルギーに対するエネルギー損失の割合が非常に小さいという理由からも、ミューオン５１の飛跡は、前述した図５に示した反跳電子５６の場合とは異なり、散乱による影響をほとんど受けることが無く直線状となる。

図２に本実施形態の電子検出回路１５およびガンマ線検出回路２の構成を示す。図示しないコントローラよりキャリブレーションモード（第２のモード）が指定された場合、電子検出回路１５のスイッチ２３およびスイッチ２９は図中μで示す側に切り換えられる。チャンバー１１内には、入射したミューオンによる電子雲とともに、何らかの放射線源から到来するガンマ線が入射した場合には、コンプトン散乱による電子雲も生じる。ミューオン以外のものに起因する電子雲はキャリブレーションにとって不要であるので、遮蔽手段や不要な放射線源を遠ざけるなどの方法でなるべくガンマ線の入射を低減するのが望ましい。

１つのミューオンまたはガンマ線（フォトン）のコンプトン散乱から生じた電子雲はドリフトして次々と電子検出器１４に到達し増幅される。１つの電子雲の各部分は電子検出器１４の画素またはラインを構成する複数の検出器で検出され、その電荷（電子数）に応じた電気信号を発生する。これらの検出器からの電気信号は、電子雲の前端の到達から後端の到達までの間継続する。複数の検出器からの電気信号は、対応する複数の増幅部２１によって増幅され、データ取り込み部２２に出力される。また、電子雲の前端に対応した信号の立ち上がりからトリガ信号を生成し、これをスイッチ２３を介してデータ取り込み部２２に出力する。データ取り込み部２２は、このトリガ信号を開始点として所定時間分の電気信号をすべて取り込む。ここで所定時間は、電子検出器１４と電極１３の間隔をＤ、電子雲のドリフト速度をＶとした時、Ｄ／Ｖ以上となるように設定されるものとする。これにより１つの電子雲に対応した各検出器からの電気信号がすべて取り込まれる。

取り込まれた電気信号は、トリガ信号を起点とする時間情報とセットにして飛跡座標計算部２４に出力される。また、この電気信号から、総電荷検出部２８によって１つの電子雲に対応する総電荷が算出される。飛跡座標計算部２４では、電子検出器１４で検出された電子雲の各部について、電子検出器１４の検出面内の位置（Ｘ，Ｙ）と、トリガ信号を基準とするドリフト時間ΔＴとドリフト速度Ｖの積から求められる検出面に垂直な方向の位置（Ｚ）とを計算する。そして、これらを元に電子雲各部の３次元位置データを生成する。

次に選別部２５は、電子雲の３次元位置データからミューオンのデータを選別する。これにはミューオンから生じた電子雲の形状とガンマ線のコンプトン散乱から生じた電子雲の形状の以下のような差異を利用する。図４に示したようにミューオン５１から生じた電子雲５２はほぼ直線状である。またミューオン５１はチャンバー１１を貫通するので、電子雲５２の端点（始点および終点）は必ずチャンバー１１の内壁面となる。一方、図５に示したようにガンマ線のコンプトン散乱から生じた電子雲５７は不規則に屈折した線状となる。また、始点（コンプトン散乱点）および終点（反跳電子の停止位置）はチャンバー１１内の不定位置である。

このようにして選別された個々のミューオンの電子雲の３次元位置データから、ミューオン情報算出部２６によって飛跡の全長Ｌを算出し、それに対応する総電荷のデータＱμとともに蓄積部であるメモリ部３０に蓄積する。さらにミューオンエネルギー算出部３１ではミューオンのチャンバー１１内における総エネルギー損失Ｋμｄを算出する。Ｋμｄ＝Ｌ×（ｄＫμ／ｄｘ）であり、ｄＫμ／ｄｘは単位長さ当たりのミューオンのエネルギー損失である。前述したように散乱体を１気圧のアルゴンガスとすると、エネルギーＫμが１００ＭｅＶ〜２０００ＭｅＶの時にエネルギー損失ｄＫμ／ｄｘは極小となり、その値はほぼ一定で０．２５ｋｅＶ／ｍｍである。ここでは検出したすべてのミューオンについてｄＫμ／ｄｘを一定値０．２５ｋｅＶ／ｍｍと仮定して計算する。

次に、演算部である係数算出部３２において個々のミューオンについて検出した総電荷Ｑμに対する総エネルギー損失Ｋμｄの比率である係数Ａμ＝Ｋμｄ／Ｑμを算出する。以上の動作を所定時間、または選別したミューオンが所定数に達するまで行う。図８にはこのようにして算出した係数Ａμの数の分布を示す。入射するミューオンの大多数は図６に示したようにエネルギーＫμが１００ＭｅＶ〜２０００ＭｅＶであるが、この範囲以外のものも一部含まれている。このようなミューオンについては、実際の単位長さ当たりのエネルギー損失ｄＫμ／ｄｘの値は図７に示したように極小値０．２５ｋｅＶ／ｍｍよりも大きい。従って、すべてをｄＫμ／ｄｘ＝０．２５ｋｅＶ／ｍｍと仮定して算出した係数Ａμは、図８に示すようにＡμの最大値近くに偏在し、値が小さくなるにつれて少なくなる分布を成す。この分布におけるＡμの最大値に近い図中矢印で示す所定範囲内のデータは、ほぼエネルギーが１００ＭｅＶ〜２０００ＭｅＶのミューオンに対応したデータである。そこで、この範囲に含まれる係数Ａμの平均値を求め、これを、検出した電荷Ｑｅに対する荷電粒子（反跳電子）のエネルギーＫｅの比率（感度）である係数Ａとしてメモリ部３３に保存する。例えば、ピーク値から、大きい側には零のところ、小さい側にはピーク値の半分のところを選び、その間を上記範囲とする。この範囲を、図６と図７の分布のグラフに基づいて決めることもできる。また、Ａμのピーク値をそのまま用いることもできる。こうしてキャリブレーションを完了する。図８のピークＡより右側の線は、理論的には垂直になるはずであるが、実際には測定結果は必ず誤差を伴うので、分布に広がりを持つ。

なお、以上のキャリブレーションを電子検出器１４の画素やラインなどの領域毎に行い、領域毎に係数Ａ１〜Ａｎ（ｎは領域の数）を設定することもできる。キャリブレーションの実行はすべて自動化するのが望ましく、例えば毎日深夜など、ガンマ線の計測を行わない時間帯に実行させることもできる。また本実施形態では、検出した電荷Ｑｅに対する荷電粒子（反跳電子）のエネルギーＫｅの比率（感度）を係数Ａとしてメモリ部３３に保存するものとしたが、感度を決定するためのその他のパラメータを係数としてメモリ部３３に保存するのであってもよい。

次にガンマ線計測モード（第１のモード）について説明する。このモードでは、入射ガンマ線がコンプトン散乱された結果生じる反跳電子を電子検出器１４によって検出し、反跳電子のエネルギー、コンプトン散乱点の位置、および反跳方向ベクトルを算出する。図示しないコントローラよりガンマ線計測モードが指定された場合、図２において、電子検出回路１５のスイッチ２３およびスイッチ２９は図中ｇで示す側に切り換えられる。チャンバー１１内には放射線源から到来するガンマ線が入射し、コンプトン散乱により、散乱ガンマ線と反跳電子、さらに反跳電子の電離作用による電子雲を生じる。前述したように、これらの電子雲はドリフトして次々と電子検出器１４に到達し増幅される。１つの電子雲の各部分は電子検出器１４の画素またはラインを構成する複数の検出器で検出され、その電荷（電子数）に応じた電気信号を発生する。これらの検出器からの電気信号は電子雲の前端の到達から後端の到達までの間継続する。複数の検出器からの電気信号は対応する複数の増幅部２１によって増幅され、データ取り込み部２２に出力される。

一方、散乱ガンマ線はガンマ線検出器１６によって検出され、その出力信号がガンマ線検出回路２の増幅器４１によって増幅される。増幅器４１は、ガンマ線の検出に対応した信号をトリガ信号としてスイッチ２３を介してデータ取り込み部２２に出力する。データ取り込み部２２は、このトリガ信号を開始点として所定時間分の電気信号をすべて取り込む。ここで所定時間は、前述したように、電子検出器１４と電極１３の間隔をＤ、電子雲のドリフト速度をＶとした時、Ｄ／Ｖ以上となるように設定されるものとする。これにより１つの電子雲に対応した各検出器からの電気信号がすべて取り込まれる。取り込まれた電気信号は、上記トリガ信号を起点とする時間情報とセットにして飛跡座標計算部２４に出力される。また、この電気信号から、総電荷検出部２８によって１つの電子雲に対応する総電荷が算出される。

飛跡座標計算部２４では、電子検出器１４で検出された電子雲の各部について、電子検出器１４の検出面内の位置（Ｘ，Ｙ）と、トリガ信号を基準とするドリフト時間ΔＴとドリフト速度Ｖの積から求められる検出面に垂直な方向の位置（Ｚ）とを計算する。そして、これらを元に電子雲各部の３次元位置データを生成する。

次に選別部２５は、電子雲の３次元位置データからガンマ線のコンプトン散乱から生じた電子雲を選別する。ガンマ線のコンプトン散乱から生じた電子雲は図５に示したように不規則に屈折した線状となる。また、始点（コンプトン散乱点）および終点（反跳電子の停止位置）はチャンバー１１内の不定位置である。このような電子雲の形状の特徴を利用して選別を行うことができる。

さらに、反跳電子情報算出部２７は、抽出された個々の電子雲の３次元位置データより、コンプトン散乱点Ｐｃおよび反跳方向ベクトルｅ（コンプトン散乱点Ｐｃにおける反跳方向の単位ベクトル）を算出する。そして、これらのデータをガンマ線入射方向演算回路３に送出する。また電子エネルギー算出部３４は、前述したキャリブレーションによって算出された係数Ａをメモリ部３３より読み出し、総電荷検出部２８で算出された総電荷Ｑｅより個々の反跳電子のエネルギーＫｅ＝Ａ・Ｑｅを算出する。キャリブレーションを電子検出器１４の画素やラインなどの領域毎に行なった場合には、領域毎に設定された係数Ａ１〜Ａｎを用いて計算を行う。ここで得られた個々の反跳電子のエネルギーＫｅのデータはガンマ線入射方向演算回路３に送出される。

一方、ガンマ線検出回路２の増幅器４１によって増幅された個々の散乱ガンマ線の検出信号は、ガンマ線吸収点算出部４２とガンマ線エネルギー算出部４３に入力される。ガンマ線吸収点算出部４２は、散乱ガンマ線の吸収点Ｐａの位置を算出し、データをガンマ線散乱方向ベクトル算出部４４に送出する。ガンマ線エネルギー算出部４３は、吸収した散乱ガンマ線のエネルギーＥγを算出し、データをガンマ線入射方向演算回路３に送出する。ガンマ線散乱方向ベクトル算出部４４は、反跳電子情報算出部２７からのコンプトン散乱点Ｐｃのデータと散乱ガンマ線の吸収点Ｐａのデータより、散乱ガンマ線の散乱方向ベクトルｇを算出し、データをガンマ線入射方向演算回路３に送出する。散乱方向ベクトルｇは散乱方向の単位ベクトルである。

ガンマ線入射方向演算回路３は、個々のコンプトン散乱事象についての反跳電子のエネルギーＫｅ、散乱ガンマ線のエネルギーＥγ、電子の反跳方向ベクトルｅ、ガンマ線の散乱方向ベクトルｇをもとに、次の算出を行う。即ち、以下の式（１）、（２）、（３）により入射ガンマ線の入射方向ベクトルｓ（入射方向の単位ベクトル）を算出する。なお式においてｍは電子の静止質量、ｃは光速である。αは電子の反跳方向ベクトルｅとガンマ線の散乱方向ベクトルｇの成す角、φは入射ガンマ線の入射方向ベクトルとガンマ線の散乱方向ベクトルｇの成す角である。

さらに画像再構成装置４で各入射ガンマ線の入射方向ベクトルｓとコンプトン散乱点Ｐｃのデータから放射線源の分布を画像データ化し、表示装置５によって、この画像データに基づく強度分布を濃淡や色の違いによって表示する。

（実施形態２）
本発明による荷電粒子検出装置の実施形態２について説明する。電子検出回路１５とガンマ線検出回路２の構成を図３に示す。本実施形態においては、警報信号出力部３５を除く構成、動作はすべて実施形態１と同一であるので、説明を省略する。

本実施形態においても、荷電粒子検出装置１はガンマ線計測モードとキャリブレーションモードの２つの動作モードを持つ。キャリブレーションモードでは、実施形態１と同様にして電荷Ｑｅから荷電粒子（反跳電子）のエネルギーＫｅを換算するための係数Ａを算出する。そしてこの係数Ａが、設定した範囲内である時には、メモリ部３３に保存し、範囲外である時には異常が発生したものと判断し警報信号出力部３５より使用者に対する警報信号を出力する。このような異常の発生の原因としては、ガス１２の成分の変化、電子検出器１４の破損などが考えられるが、使用者はこれを判断して適切な対応をとることができる。この範囲は、例えば、装置使用の最初に係数Ａを算出して、この算出値の前後何パーセント（例えば１０％）かを設定範囲として保存しておく。

なお本実施形態においても、検出した電荷Ｑｅに対する荷電粒子（反跳電子）のエネルギーＫｅの比率（感度）を係数Ａとしてメモリ部３３に保存するものとしたが、感度に関するその他のパラメータを係数としてメモリ部３３に保存するのであってもよい。

（他の実施形態）
本発明の目的は、以下の荷電粒子検出方法の実施形態によって達成することもできる。即ち、前述した実施形態の機能（コントローラなどの機能）を実現するソフトウェアのプログラムコードを格納した記憶媒体を、荷電粒子検出装置やガンマカメラなどに供給する。ネットを介してソフトウェアのプログラムコードを供給することもできる。そして、そのコントローラのコンピュータ（またはＣＰＵ、ＭＰＵなど）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し上記機能を実行する。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上記実施形態の機能を実現することになり、荷電粒子検出を行うためのプログラムやこれを格納した記憶媒体は、本発明を構成することになる。詳細には、本実施形態の荷電粒子検出方法は少なくとも次のステップを有する。散乱体内を飛行する荷電粒子の飛跡に沿って発生した電離電子を検出する電子検出ステップ。前記電子検出ステップで検出された信号を処理し前記荷電粒子の情報を取得する信号処理ステップ。前記信号処理ステップで取得された前記荷電粒子の情報からミューオンの情報を選別する選別ステップ。前記ミューオンの情報を蓄積する蓄積ステップ。蓄積された前記ミューオンの情報に基づき前記荷電粒子の情報検出の感度に関する係数を取得する演算ステップ。

本発明による荷電粒子検出の技術は、環境放射線計測や核医学診断等を行うガンマカメラなどに用いることができる。また、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１・・荷電粒子検出装置、２・・ガンマ線検出回路、１２・・ガス（散乱体）、１４・・電子検出器（電子検出部）、１５・・電子検出回路（信号処理部）、１６・・散乱ガンマ線の検出器、２５・・選別部、３０・・メモリ部（蓄積部）、３２・・係数算出部（演算部）

Claims (16)

1. 散乱体内を飛行する荷電粒子の飛跡に沿って発生した電離電子を検出する電子検出部と、
   前記電子検出部の検出による信号を処理し前記荷電粒子の情報を取得する信号処理部と、
   前記信号処理部により検出した前記荷電粒子の情報からミューオンの情報を選別する選別部と、
   前記ミューオンの情報を蓄積する蓄積部と、
   蓄積された前記ミューオンの情報に基づき前記荷電粒子の情報検出の感度に関する係数を取得する演算部と、
   を有することを特徴とする荷電粒子検出装置。
2. 前記電子検出部は、散乱体内を飛行する荷電粒子の飛跡に沿って発生した電離電子を所定の方向にドリフトさせるための電界を前記散乱体に印加する電界印加部と、前記電界によってドリフトした前記電離電子を検出する複数の検出器を含むことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子検出装置。
3. 前記係数が所定の範囲を超えた場合に警報信号を出力する警報信号出力部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の荷電粒子検出装置。
4. 前記電子検出部の出力する前記荷電粒子の情報の内、前記荷電粒子のエネルギーに関して前記係数を用いて算出することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の荷電粒子検出装置。
5. 前記選別部は、前記荷電粒子についての飛跡の位置情報をもとに前記ミューオンの情報を選別することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の荷電粒子検出装置。
6. 前記演算部は、蓄積された前記ミューオンの情報に加えて、前記ミューオンについてのエネルギー損失と飛跡の位置情報をもとに前記係数を決定することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の荷電粒子検出装置。
7. 前記ミューオン以外の荷電粒子を計測する第１の動作モードと、前記ミューオンの情報を選別し、蓄積する第２の動作モードを別々に実行することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の荷電粒子検出装置。
8. 前記ミューオン以外の荷電粒子は、入射ガンマ線による荷電粒子であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の荷電粒子検出装置。
9. 請求項８に記載の荷電粒子検出装置、および入射ガンマ線と前記散乱体のコンプトン散乱により生じた散乱ガンマ線の検出器を備えたことを特徴とするガンマカメラ。
10. 個々のコンプトン散乱事象についての反跳電子のエネルギー、散乱ガンマ線のエネルギー、電子の反跳方向ベクトル、ガンマ線の散乱方向ベクトルをもとに、入射ガンマ線の入射方向ベクトルを取得する手段を有することを特徴とする請求項９に記載のガンマカメラ。
11. 各入射ガンマ線の入射方向ベクトルとコンプトン散乱点のデータから放射線源の分布を画像データ化する画像再構成装置を有することを特徴とする請求項９又は１０に記載のガンマカメラ。
12. 散乱体内を飛行する荷電粒子の飛跡に沿って発生した電離電子を検出する電子検出ステップと、
    前記電子検出ステップで検出された信号を処理し前記荷電粒子の情報を取得する信号処理ステップと、
    前記信号処理ステップで取得された前記荷電粒子の情報からミューオンの情報を選別する選別ステップと、
    前記ミューオンの情報を蓄積する蓄積ステップと、
    蓄積された前記ミューオンの情報に基づき前記荷電粒子の情報検出の感度に関する係数を取得する演算ステップと、
    を有することを特徴とする荷電粒子検出方法。
13. 前記電子検出ステップで得られる前記荷電粒子の情報の内、前記荷電粒子のエネルギーに関して前記係数を用いて算出するステップを有することを特徴とする請求項１２に記載の荷電粒子検出方法。
14. 前記選別ステップでは、前記荷電粒子についての飛跡の位置情報をもとに前記ミューオンの情報を選別することを特徴とする請求項１２又は１３に記載の荷電粒子検出方法。
15. 前記演算ステップでは、蓄積された前記ミューオンの情報に加えて、前記ミューオンについてのエネルギー損失と飛跡の位置情報をもとに前記係数を決定することを特徴とする請求項１２から１４のいずれか１項に記載の荷電粒子検出方法。
16. 請求項１２から１５のいずれか１項に記載の荷電粒子検出方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

Images