JP5467839B2

JP5467839B2 - 放射線測定装置

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Publication number: JP5467839B2
Application number: JP2009236413A
Authority: JP
Inventors: 恵介押切
Original assignee: Hitachi Aloka Medical Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2009-10-13
Filing date: 2009-10-13
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2029-10-13
Also published as: JP2011085418A

Description

本発明は放射線測定装置に関し、特に三次元線源分布（三次元放射能分布）を測定する装置に関する。

三次元に広がる線源分布を画像化するために、あるいは、線源位置や放射線飛来方位を特定するために、通常、特定方向からの放射線のみの通過を許容するコリメータ（遮蔽材）が利用される。より具体的には、二次元センサアレイを利用する場合にはその前面側に格子状（グリッド状）のコリメータが設けられる。そのようなセンサアレイを回転等させて、各位置において検出データを取得すれば、線源分布を表わす三次元画像を再構成することが可能である。

上記のようなコリメータを利用した場合、実際にセンサの有感面に到達する放射線は非常に少なく、コリメータ構造によっては、例えば、０．０１％の検出効率しか得られない。つまり、損失イベントが非常に多く生じて、検出感度が低下してしまうという問題がある。また、格子をなす仕切り壁として一定以上の厚みをもった遮蔽部材を利用しなければならないから、検出機構の高精細化が困難であるという問題がある。また、三次元画像を得るためには、センサユニットを回転等させる必要があり、大掛かりな機構を要するという問題がある。

特許文献１には、互いに指向特性の異なる３つのシンチレータブロックを利用して入射放射線の方位及びエネルギーを特定する技術が開示されている。しかし、奥行き方向の線源位置まで特定することはできないので、三次元放射能分布を求めることはできない。特許文献２には放射線の入射位置を特定する三次元検出器が開示されている。当該検出器は積み上げられた複数のシンチレータセルを有する。特許文献１及び特許文献２には、放射線飛来方向によって特異的な応答を示す、複数の凹部を有する検出構造体は開示されていない。特許文献３にはコンプトンカメラに関する技術が開示されている。非特許文献１にはコンプトンカメラを用いた画像再構成法について記載されている。なお、本願に関連する未公開の特許出願として特願２００９−２２０４４２号公報がある。

特開２００７−１５５３３２号公報特開平１１−１４２５２４号公報特許第３８１８４９７号

尾川浩一「SPECT・PETの最近の動向」日本放射線技術学会雑誌第５６巻第６号９９８頁以下（２０００年８月）

コンプトン散乱を利用して放射線（γ線）の入射角度を特定するコンプトンカメラが知られている。放射線と物質との相互作用（散乱、吸収）を利用して、散乱点の位置、吸収点の位置、放射線エネルギーから、散乱点を頂点とする円錐面（コンプトンコーン）として放射線源位置を特定するものである。そのような計測を繰り返し行うならば、多数の円錐面の重合結果として三次元の線源分布を推定することも可能である（上記非特許文献１）。具体的には、コンプトンコーンはcosθ=1-m_ec²（1/E2−1/E1）の計算式から定義される。ここでθは散乱角であり、散乱点と吸収点の位置関係、反跳電子のエネルギーE1、散乱後のγ線エネルギーE2に依存する。m_ec²は電子の静止質量エネルギー（511keV）である。

しかし、上記のコンプトンカメラ法によれば、理論的に見て良好な画像を形成できるもと期待されるものの、低エネルギー領域ではコンプトン効果が生じ難いために画像形成が困難となるという問題が指摘される。また、一般的にも、状況に応じて複数の方式で放射能分布を観測することが望まれるが、その場合においてそれら専用の検出部を設けるとシステム構成がかなり複雑になってしまう。複数の方式間における検出部の全面的あるいは部分的な併用が望まれる。

上述の内容についてより詳しく説明する。コンプトンカメラはガンマ線と物質の相互作用である散乱（正確にはコンプトン散乱と言う）と吸収（正確には光電吸収と言う）を利用して、放射線の入射角を求めている。光電吸収は、同じ物質中であればガンマ線のエネルギーが低ければ低いほど、同じエネルギーであれば物質の原子番号が大きければ大きいほど、発生確率が大きくなる。コンプトン散乱は、原子番号にはほとんど依存せず、ガンマ線のエネルギーについては光電効果と同様にエネルギーが低ければ低いほど発生確率が大きくなるが、光電効果に比べてその増加の度合いは緩やかである。
コンプトンカメラでは、入射ガンマ線に対して散乱、吸収の2回の相互作用が必要である。そのため、入射ガンマ線が最初の相互作用で吸収されてしまわないように、ガンマ線入射方向前段には散乱用検出器として、吸収の起こりにくい原子番号の小さな、つまり軽い物質による検出器を配置し、後段には吸収用検出器として原子番号の大きな、つまり重い物質による検出器を配置する。半導体検出器を用いたコンプトンカメラの例としては散乱用にSi検出器を、吸収用にCdTe検出器を配置する。

ところが、入射ガンマ線のエネルギーが極めて低くなると、散乱用検出器におけるコンプトン散乱の確率よりも、光電吸収の確率の方が大きくなり、入射ガンマ線が散乱せずに吸収されてしまうことが多くなってしまう。こうなるともはやコンプトンカメラとして散乱、吸収の2回の相互作用が得られてないため、ガンマ線の入射角度を求めることが出来なくなってしまう。前述のSi半導体の場合、光電吸収の確率がコンプトン散乱の確率を上回ってしまうエネルギーは例えば60keV以下となった場合である。

また、それほどエネルギーが低くならなくとも、コンプトンカメラではエネルギーが低いほど入射ガンマ線の角度に誤差が生じることが分かっている。これは角度θをもとめる式に含まれる、反跳電子のエネルギーE1に誤差が入り込むためである。E1は、ガンマ線が検出器中の電子と衝突し、その電子にエネルギーを付与して散乱するときのエネルギーであり、散乱後のガンマ線のエネルギーE2と合わせると、ガンマ線がもともと持っていたエネルギーと合致するはずである。しかしながら、反跳電子は軌道中にある場合にすでに運動量を有しており、これがE1に誤差として重畳されてしまう。これをドップラーブロードニングと呼ぶ。入射エネルギーが十分大きな場合は、この電子の運動量は相対的に小さく、ほとんど影響を及ぼさないが、エネルギーが低くなればなるほど、このドップラーブロードニングの影響が顕著となり、入射角の誤差が大きくなる。

前述のSi半導体を散乱検出器にCdTe半導体を吸収検出器に用いたコンプトンカメラの場合において、入射ガンマ線のエネルギーによる性能の違いを例示する。PET（陽電子断層撮像）用核種の測定の場合にはその消滅γ線のエネルギーが511keVと十分高いので、十分な精度を持った入射角の推定、つまり良好な角度分解能を得ることができる。しかし、核医学分野で一般的に用いられる核種である^99mTcの測定の場合には、そのエネルギーは141keVとやや小さくなるので、その角度分解能は著しく劣化する。そして、動物実験用に用いられることの多い¹²⁵Iの測定では、そのエネルギーは27.5keVとなり、前述の吸収が散乱を上回るエネルギー下限以下となるので、もはや入射角を算出することが不可能となる。

この様にコンプトンカメラでは低エネルギー領域では性能が劣化もしくは画像形成自体が困難になるという問題が指摘されている。

本発明の目的は、可動部材や大掛かりな機構を用いることなく、三次元線源分布を求められるようにすることにある。あるいは、本発明の目的は、放射線（特にγ線）のエネルギーに応じて最適な方式で放射能分布の計測が行えるようにすることにある。

（１）本発明に係る装置は、分布測定方式として、少なくとも第１測定モード及び第２測定モードを有する。第１測定モードではコンプトンカメラの原理に基づいて第１三次元線源分布が演算され、第２測定モードでは検出構造体とその応答関数とを利用して第２三次元線源分布が演算される。第１測定モードでは放射線検出部が全体的に利用され、第２測定モードでは放射線検出部の一部分が利用されあるいは放射線検出部が全体的に利用される。つまり、複数の測定モード間で放射線検出部が共用される。以下においてはまず第２測定モードに関わる構成について説明する。

（２）第２測定モードの実行に際しては、検出器群により構成された凹凸表面を有する検出構造体と、前記検出構造体について予め求められた応答関数を格納した記憶部と、前記応答関数を用いて、前記検出器群からの検出信号列に基づき、前記検出構造体で検出された放射線を放射している線源の三次元分布を演算する演算部と、が利用される。

上記構成によれば、検出構造体が、検出器群により構成された凹凸表面を有するので、線源の三次元分布の状態（孤立した１つの線源であってもよい）に応じて検出器群が異なる応答を示すことになる。ここで言う応答とは、線源からの放射線とそれぞれの検出器群との相互作用の蓄積である。一回の入射放射線においては散乱もしくは吸収もしくはその両方であり、一回の入射放射線の場合には検出器群の内の散乱点もしくは吸収点もしくはその両方の点の検出器のの位置とエネルギーになる。これを多数の入射放射線において蓄積することで、線源の分布に応じた検出器群による応答を得ることができる。逆に考えると、応答関数を予め特定しておけば、検出器群の検出信号列から、応答関数を用いて、線源の三次元分布を逆推知することが可能となる。実際に使用するために用意しておく応答関数は、線源の三次元分布から検出信号列を導出する関数であってもよいし、その逆関数であってもよい。いずれにしても線源の三次元分布が演算により特定される構成が用いられる。検出器列から線源の三次元分布を推定するために、公知の最適解探索法を利用することができ、その場合、逐次近似法として知られている最尤推定期待値最大化法を利用するのが望ましい。これは、最適解（正確には最適解とみなせるもの）を得るに当たって、解を求める演算を反復的に行うものであり、今回の解を求めるために前回の解が利用される点に特色を有するものである。今回の解と前回の解との乖離が所定値以下になった場合、今回の解をもってそれを最適解であるとみなせる。

上記構成によれば、検出器やコリメータを回転させる必要はなく、検出構造体を動かさなくても演算により線源の分布を推定できるから、また、遮蔽部材主体の検出法ではないので（寧ろ遮蔽せずに放射線を取り込むことによる検出器応答を利用するものであるので）、装置の規模を縮小でき、装置の軽量化を図れ、検出効率がよいので高感度である、という各種の実用的利点を得られる。特に、コンプトンカメラ法が適用困難な低エネルギー領域において上記方式を動作させるのが望ましい。

望ましくは、前記凹凸表面は、前方に開口した複数の凹部を含み、前記演算部によって前記検出構造体の前方に存在する線源の三次元分布が演算される。各凹部の形状として、井戸状又はスリット状が考えられる。凹部間の構造部分（望ましくは検出器集合体として構成された仕切部分）を、放射線の透過がある程度見込まれるように構成するのが望ましい。従来法では、凹部を絞り込むことにより分解能があげられていたが、本発明においては、逆に、放射線が広い範囲で（ある程度多くの検出器で）検出されるように検出構造体の形態が定められる。そのためには前方に向いた凹凸が有利であると思われ、それは複数の凹部の形成に他ならない。凹部であれば、放射線入射角度によって、その底面に直接的に達する放射線の量が異なり、また凹部内の立側面に到達する放射線の量が異なることになる。いずれにしても、本発明によれば、放射線を遮蔽するのではなく、できるだけ多くを放射線を検出できるから、検出効率を高められ、高分解能も実現可能である。

望ましくは、前記検出構造体は、線源の三次元分布の変化に応じて前記検出信号列の内容が変化する三次元形態を有する。望ましくは、前記応答関数は、前記検出構造体の前方に存在する線源の三次元分布を変化させた場合における線源の三次元分布と検出信号列との関係を規定する関数である。望ましくは、前記応答関数が放射線エネルギーごとに用意され、放射線エネルギーに対応した応答関数が利用される。望ましくは、前記演算部は最尤推定期待値最大化法に基づいて前記線源の分布を推定演算する。

（３）本発明に係る装置は、以上説明した第２測定モードで用いられる検出構造体を第１測定モードにおいてもそのまま併用することを特徴とするものである。すなわち、本発明に係る放射線測定装置は、放射線発生側から見て前後に並ぶ第１及び第２検出ユニットを含み、前記第１及び第２検出ユニットの内の少なくとも前記第１検出ユニットが凹凸表面を構成する複数の検出器を有する検出構造体を構成し、第１測定モードにおいては、前記第１検出ユニットが入射放射線のコンプトン散乱位置を特定する散乱用検出ユニットとして機能し、且つ、前記第２検出ユニットが散乱放射線の吸収位置を特定する吸収用検出ユニットとして機能し、前記第１及び第２検出ユニットからの信号に基づいて入射放射線の入射角度が推定されて三次元放射能分布が第１画像として生成され、第２測定モードにおいては、前記検出構造体を構成する複数の検出器からの信号に基づいて三次元放射能分布が第２画像として生成される、ことを特徴とする。

上記構成によれば、第１測定モードではコンプトンカメラ原理に基づいて第１三次元放射能分布が演算され、第２測定モードでは上記のような検出構造体及びその応答特性を利用して第２三次元放射能分布が演算される。この構成によれば、低エネルギー領域においうて第２測定モードを利用し、それよりも高いエネルギー領域において第１測定モードを利用することができる。勿論、それらの間に中間的折衷的な測定モードを設けるようにしてもよい。例えば第１測定モードによる第１画像と第２測定モードによる第２画像の両者を生成するようにし、両者の合成表示又は選択的表示を行うようにしてもよい。測定モードの選択は人為的に行うようにしてもよいし、それを自動化してもよい。

望ましくは、前記放射線のエネルギーに基づいて前記第１測定モード及び前記第２測定モードを含む測定モード群の中から実際に使用する測定モードを選択するモード選択手段を含む。望ましくは、前記測定モード群の中には前記第１画像及び前記第２画像の両方を生成する第３測定モードが含まれる。望ましくは、前記放射線発生側における個々の放射能位置に応じた前記複数の検出器の応答特性で構成される応答特性群が予め格納された記憶部と、前記第２測定モードにおいて、前記応答特性群及び前記複数の検出器からの信号に基づいて前記第２画像を構成する三次元放射能分布を推定する推定部と、を含む。

望ましくは、前記凹凸表面は、前方に開口した複数の凹部を含む。望ましくは、前記検出構造体は、前後方向であるＺ方向に並ぶ、前方ユニット、中間ユニット及び後方ユニットにより構成され、前記前方ユニットは、Ｘ方向に整列した複数のスリット状凹部を有し、前記中間ユニットは、Ｙ方向に整列した複数のスリット状凹部を有し、前記後方ユニットは、Ｘ方向及びＹ方向に広がった平板状の形態を有する。

本発明によれば、可動部材や大掛かりな機構を用いることなく、三次元線源分布を求められる。あるいは、放射線（特にγ線）のエネルギーに応じて最適な方式で放射線計測行える。

検出構造体の働きを示すための説明図である。線源位置の三次元配列と検出セルの三次元配列の関係を示す図である。特定の線源位置からの放射線の検出を示す図である。応答関数を説明するための図である。第２測定モードで生成される三次元線源分布画像（最尤推定画像）を示す図である。格子状の検出構造体を示す図である。本発明に係る検出部の全体構成を示す図である。第１測定モードにおいて算出されるコンプトンコーンを示す図である。本発明に係る放射線測定装置の構成例を示す図である。放射線エネルギーに応じた測定モードの選択を説明するための図である。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

（１）検出構造体を利用した三次元放射能分布の推定原理
まず図１乃至図５を用いて最尤推定法を利用した三次元線源分布の推定原理について説明する。図１には検出構造体１０が示されている。この検出構造体１０は、実際には三次元の凹凸形状を有するが、図１においては、二次元の構造体として示されている。この検出構造体１０は、複数の凹部１５を有するものである。各凹部１５の開口は前方（図１において上方）を向いている。具体的には、検出構造体１０は、底面壁に相当する水平に広がった底ユニット１２と、仕切あるいは立壁に相当する複数の壁ユニット１４と、を有する。複数の壁ユニット１４を平行配列することも可能であるが、この例では、複数の壁ユニット１４が格子状に配列されている（後に説明する図６参照）。図１に示す検出構造体１０は、複数の角柱状井戸１６を有している。

底ユニット１２は二次元配列された複数の検出器（以下、セルという）Ｓの集合体として構成されている。セル間には隙間があってもよいが、相互に密接していた方が望ましい。各壁ユニット１４も二次元配列された複数のセルＳの集合体として構成されている。各壁ユニット１４の一方面と他方面のそれぞれに面状検出器としてのセルを背中合わせに配置してもよいし、各壁ユニット１４の厚みがセル１個の厚みに相当してもよい。その場合、セルとしては自分の前側及び後側から入射する放射線に感度を有するものを用いるのが望ましい。両者の感度は必ずしも同じでなくてよい。各セルの感度も同一にする必要はない。なお、壁ユニット１４においては、少なくとも前後方向に複数セルを配列するのが望ましい。壁ユニット１４を構成する各セルについては、放射線を完全に遮蔽せずに、ある程度放射線を透過するものを利用するのが望ましい。

このような特有の構造をもった検出構造体に対して、その前方に存在するある線源位置１８からの放射線が図１に示すように検出される。線源位置１８が変わると、放射線の検出状況（複数のセルからの複数の検出信号の内容）も当然に変化する。従来の格子状コリメータを利用した場合には、そこで大部分の放射線が遮蔽されてしまっていたが、図１に示す構成では、検出構造体に到達する放射線をほとんどすべて検出することが可能である。理想的な検出方式と言っても過言ではない。

なお、放射線としてγ線を検出する場合、セルとしてシンチレータを用いるのであれば、NaI(Tl)、CsI(Tl)、BGO、LSOなどのシンチレータ材料を利用することが可能である。但し、シンチレータを利用する場合、光電変換が煩雑となるので、セルとして半導体センサを用いるのがよい。具体的にはSi、CdTe、CZT等のタイプの半導体検出器が用いられる。後に説明する実施形態の構成では、散乱検出ユニット（上側検出ユニット）が散乱用Si検出器群により構成され、吸収検出ユニットが吸収用CdTe検出器群により構成されている。

図２の（Ａ）には、線源位置の三次元配列が示されている。図２の（Ｂ）には検出構造体１０が示されている。（Ａ）において、数字は線源位置（三次元座標）を表している。（Ｂ）において、数字はセル番号を表している。以下において、線源位置はｊ（ｊは例えば１〜２０）で表され、セル番号はｉ（ｉは例えば１〜１９）で表される。図３には、一例として１２番の線源位置に放射能が存在している場合において、そこから放出される放射線がどのように検出されるのかが表されている。ここでは、１番、４番、７番、９番、１０番、１６番…のセルにおける放射線検出が明示されている。もちろん、他のセルでも放射線が検出される。

図４において、個々の線源位置に対する、個々のセルの応答を表したものが応答関数ｔｉｊである。それはｉとｊの組み合わせの個々に対する個別応答を要素とするものである。λｊは線源分布を示し、ｙｉは応答分布（検出信号列）を表している。最尤推定期待値最大化法を用いて線源分布λｊを推定する場合、以下のような計算が実行される。

上記計算式において、λｊの右肩に付記されているｎ，ｎ＋１は、それぞれ反復回数を示している。ｎにより前回の演算値が特定され、ｎ＋１により今回の演算値が特定される。このような計算を反復的に実行し、終了条件が満たされた時点の演算値をもって、演算結果として三次元線源分布が推定される。終了条件は、例えば、差分である｜λⁿ−λ^n-1｜が所定値εよりも小さくなった場合に、最適解とみなす、といったものである。反復回数が所定数以上になっても最適解を見出せない場合にはエラー処理を適用してもよい。応答関数ｔｉｊは、一般には実験により求められる。なお、図４においては、図３に示した１番、４番、７番、９番、１０番、１６番…のセルの応答が例示されている。

図５の（Ｃ）には上記演算によって推定された線源の三次元分布を表す画像２０が示されている。ここでは二次元的に表現されている。濃度は存在確率又は分布を示す。ここで、線源分布画像２０を例示の1〜20番よりも更に細かく分割した場合、jをその分増やした状態で応答関数tijを定義し直すと、細かくしたjに対する検出器セルiのそれぞれの応答が異なれば、jを細かくした分だけ精細な画像を得ることができる。つまり画像解像度は検出器セルiの数やコリメータ格子間等で物理的に規定されてしまう従来装置の制約が本手法には無い。なお、図５の（Ｂ）は、図２の（Ｂ）及び図３の（Ｂ）と同様、検出構造体１０を模式的に示している。

図６には格子型検出構造体３０が示されている。底面ユニット３２は、Ｘ−Ｚ平面上に整列配置された複数のセルＳで構成される。その上側にはマトリクス状に配列された複数の仕切壁３４、３６が設けられている。それらも複数のセルＳの集合体として構成される。検出構造体３０は、前方に開いた複数の井戸を有し、その底面及び各立側面には複数のセルＳが設けられている。なお、各仕切壁３４，３６は厚み方向に１個のセルによって構成されてもよいし、背中合わせの２個のセルによって構成されてもよい。

（２）実施形態に係る装置の説明
図７には、本実施形態に係る検出部の構成が概略的斜視図として示されている。図７においては前方である上方に線源分布が存在している（図示せず）。検出部４０は、第１測定モード及び第２測定モードの両者で用いられる。但し、第２測定モードでは線源に近い第１検出ユニット４２だけを用いて検出、演算を行ってもよい。

検出部４０は、大別して、第１検出ユニット４２及び第２検出ユニット４４からなる。上方が線源側であり、それに向かって前後方向（図において上下方向）に第１及び第２検出ユニット４２，４４が相互に連結しつつ配列されている。第１検出ユニット４２は多数の凹凸面を有する検出構造体（かつスタック型検出構造体）を構成しており、これは第２検出ユニット４４についても同様である。第１検出ユニット４２は、第１測定モードにおいて散乱検出ユニットとして機能する。その場合、第２検出ユニット４４は吸収検出ユニットとして機能する。

第１検出ユニット４２は、前方ユニット４６、中間ユニット４８及び後方ユニット５０により構成される。前方ユニット４６は、Ｘ方向に並んだ複数の起立プレート５８を有する。それらの間には複数のスリット５９が存在する。中間ユニット４８は、Ｙ方向に並んだ複数の起立プレート６０を有する。それらの間にもスリット４９がある。後方ユニット５０は底面ユニットであり、水平プレート５０Ａにより構成されている。第２検出ユニット４４は、前方ユニット５２、中間ユニット５４及び後方ユニット５６により構成される。前方ユニット５２は、Ｘ方向に並んだ複数の起立プレート６２を有する。それらの間には複数のスリット６３が存在する。中間ユニット５４は、Ｙ方向に並んだ複数の起立プレート６４を有する。それらの間にはスリット６５がある。後方ユニット５６は底面ユニットであり、図示において水平プレート５６Ａにより構成されている。

図８には、検出部４０の構造が部分断面図として示されている。各プレート５８，６０，５０Ａ，６２，６４，５６Ａはそれぞれセル（検出器）Ｓの集合体つまりセル群として構成されている。その結果、第１検出ユニット４２及び第２検出ユニット４４のそれぞれがいわゆるピクセル検出型のユニットを構成している。これにより、入射放射線の散乱点Ｐ１及び散乱放射線の吸収点Ｐ２の各空間座標を電気的に特定可能である。第１検出ユニット４２を構成する複数のセルはそれぞれSi半導体センサにより構成され、第２検出ユニット４４を構成する複数のセルはそれぞれCdTe半導体センサにより構成されている。各検出ユニット４２，４４はそれぞれＺ方向に大きな検出深さを有しているので散乱、吸収を確実に検出できる。１枚のプレートに行列をなすセル群を構成するには、表面にすだれ状の電極アレイを構成し、裏面にそれと直交関係をもってすだれ状の電極アレイを構成すればよい。縦横の電極の交点として検出座標を電気的に容易に特定可能である。加えて、各検出ユニット４２，４４が上下２段のＸ方向配列ステージ及びＹ方向配列ステージを構成しているので、両方向について必要な構造的な複雑さをもたらすことができ、更に底面にも検出ユニットが配置されているから、放射線が不必要に突き抜けてしまうことも効果的に防止できる。

第１測定モード（コンプトンカメラモード）は、高エネルギー領域において選択され、その場合に、入射放射線の散乱点Ｐ１及び吸収点Ｐ２の特定、並びにエネルギー特定から散乱角θを特定することができる。一回の現象ではそれ以上の特定を行うことはできず、つまり円錐面（コンプトンコーン）７４上に線源位置があることだけを推定演算可能である。そのような演算を繰り返すと、多重的にコンプトンコーン７４が生成されて、画像再構成が可能となり、結果として放射能分布画像（第１画像）を構成することが可能である。

第２測定モードは、低エネルギー領域において選択され、その場合には、検出構造体である第１検出ユニットだけが用いられて、上記の最尤推定期待値最大化演算が実行されて、放射能分布画像（第２画像）が生成される。これについては既に説明した通りである。中間エネルギー領域においては、複合測定モードが実行され、つまり第１測定モードと第２測定モードの両方が同時に実行される。これにより第１画像と第２画像の両方が同時に生成することになるので、両者の合成表示等を行える。もちろん、選択的表示を行うようにしてもよい。モードの選択は放射線エネルギーに応じて自動的に行うことができるし、手動で行うようにしてもよい。

図９には放射線測定装置の一構成例がブロック図として示されている。符号２００は、第１測定モードにおいて機能するモジュールを示しており、符号２０２は、第２測定モードにおいて機能するモジュールを示している。第１検出ユニット４２及び第２検出ユニット４４は既に説明したようにセル（検出器）群により構成される。第１検出ユニット４２を構成する各セルからの信号はプリアンプ７６を介して、またコンパレータ７８を介して位置決定回路８０へ送られる。同じく、第２検出ユニット４４を構成する各セルからの信号はプリアンプ７６及びコンパレータ７８を介して位置決定回路８２に送られる。位置決定回路８０は、入射放射線について散乱点Ｐ１の座標を演算するためのものである。同じく位置決定回路８２は、散乱放射線について吸収点Ｐ２の座標を演算するためのものである。それらの位置決定回路８０，８２は位置検出時点でパルスを出力し、それらのパルスが同時に生じたことが同時計数回路８４で判断されると、同時計数回路８４からトリガーパルスが出力される。トリガーパルスの出力時点での位置Ｐ１，Ｐ２がコンプトン演算器８６に取り込まれる。

マルチプレクサ８８は、散乱点Ｐ１の位置決定で用いられたセル信号を選択する回路であり、選択された信号はＡＤＣ９０においてデジタル信号に変換され、それが散乱時に検出されたエネルギーＥ１としてコンプトン演算器８６等へ送られる。マルチプレクサ９２は、吸収点Ｐ２の位置決定で用いられたセル信号を選択する回路であり、選択された信号はＡＤＣ９４においてデジタル信号に変換され、それが吸収時に検出されたエネルギーＥ２としてコンプトン演算器８６等へ送られる。コンプトン演算器６は従来法に基づいて散乱角θを演算する。その散乱角θがコンプトンコーンの形状を定める。再構成演算器９６は、多数イベントについての多数の散乱角θを受け入れることにより多重化されたコンプトンコーンの再構成演算によって三次元線源分布画像（第１画像）を生成し、それが記憶部９８に格納される。

次に、第２測定モードにおいて三次元線源分布画像（第２画像）を生成するためのモジュール２０２について説明する。カウンタアレイ１０２は、複数のカウンタ列１０６，１０７，１０８，１０９を含む。図９に例示した構成おいては、第１検出ユニット４２及び第２検出ユニット４４を構成する複数のセルに対してそれと同数のカウンタ列が一対一で接続されている。但し、本実施形態では、第２動作モードで実際に機能するのは検出構造体として機能させる第１検出ユニット４２を構成する複数のセルに接続された複数のカウンタ列である。第２検出ユニット４４を構成する複数のセルに接続された複数のカウンタ列の配置を省略してもよいし、必要に応じて２つの検出ユニットを併せて単一の検出構造体として働かせるようにしてもよい。

各カウンタ列１０６，１０７，１０８，１０９は、複数のエネルギーに対応した複数のカウンタで構成される（例えば、カウンタ列１０６は、１番からｎ番までのカウンタで構成される）。それらの先頭には、選択されたエネルギーの信号を取り出すセレクタ１０４が設けられている。単一のカウンタを時分割で動作させて、エネルギー（区分）間で共用するようにしてもよい。いずれにしても、各セルについて各エネルギーごとにカウント値が求められる。これによりエネルギーごとに、検出構造体を構成するセル群に対応する信号群（検出値群）が得られることになる。画像生成時には、エネルギーが順番に選択されて、当該エネルギーに対応する信号群が順番に最尤推定演算器１２０へ送られる。

マルチプレクサは複数の検出信号ラインを順番に選択しており、選択されたラインの信号がＡＤＣ１１４においてデジタル信号に変換され、それに基づいてエネルギー判定器１１６が現時点での入射放射線のエネルギーＥを判定する。エネルギーの判定のために他の回路構成を採用し得る。モジュール２００においてエネルギー判定を行えるなら、モジュール２００での別途のエネルギー判定を省略することができる。判定されたエネルギーＥは、各セレクタ１０４へ送られ、各セレクタ１０４は、判定されたエネルギー（区分）に対応するカウンタへ検出信号を送る。また、判定されたエネルギーＥは演算制御部１００へ送られる。

最尤推定演算器１２０は、個々のエネルギーごとに、当該エネルギーに対応したカウンタグループからの検出値列を受け入れ、また、記憶部１１８から出力される当該エネルギーに対応した応答関数ｔｉｊを受け入れ、それらに基づいて最尤推定期待値最大化演算を実行し、その演算結果として当該エネルギーに対応した三次元放射能分布画像（最尤推定画像：第２画像）を生成する。それは記憶部１２２に格納される。記憶部１１８には、複数のエネルギーに対応した複数の応答関数が格納されている。複数のエネルギーに対応した複数の最尤推定画像が同時期に生成されてもよいし、判定されたエネルギーだけに対応する最尤推定画像だけが生成されてもよい。

演算制御部１００は、放射線エネルギーが低域にあると判定した場合に、第２測定モードで生成された第２画像を選択して表示器１２４へ出力し、放射線エネルギーが中域（中間域）にあると判定した場合に、第１測定モードで生成された第２画像と第１測定モードで生成された第２画像とを合成した合成画像又は予めユーザー指定されたいずれかの画像を表示器１２４へ出力し、放射線エネルギーが高域にあると判定した場合に、第１測定モードで生成された第１画像を選択して表示器１２４へ出力する。つまり、入射放射線のエネルギーに応じて表示画像を自動的に選択することができる。もちろん、ユーザーにより測定モードの選択（つまり画像の選択）がなされてもよい。その場合には入力器１２６が利用される。

図１０には、放射線エネルギーに応じた空間分解能が示されている。符号２０４は第２画像つまり最尤推定画像の分解能を示しており、これはエネルギーによらずに一定である。符号２０６はコンプトンカメラ法による画像の分解能を示しており、エネルギーが低くなると分解能がかなり劣化する。中域、高域では良好な分解能が得られている。これらの特性に従って、低域Ａにおいては第２画像が選択され、中域Ｂにおいては第２画像又は第１画像が選択され、高域Ｃにおいては第１画像が選択されるようにしている。勿論、中域においては２つの画像が並列表示されてもいし、それらを合成した画像を表示するようにしてもよい。

上記構成によれば、同一の検出部を利用しつつも複数の画像形成方式を用いて三次元線源分布画像を生成できるから、装置規模を抑えつつも状況（特に放射線エネルギー）に相応しい画像を表示できるという利点が得られる。

上記実施形態では、上下二段とも同じスタック型検出ユニットが利用されたが、検出ユニットとしては検出点（散乱点、吸収点）の空間座標を特定できる各種の検出器を利用できる。但し、最尤推定画像を生成するための検出ユニットとしては、多数の凹凸（複数の凹部）形状を有する多数セル配列型ユニットを利用するのが望ましい。

４０検出部、４２第１検出ユニット、４４第２検出ユニット、４６前方ユニット、４８中間ユニット、５０後方ユニット、５２前方ユニット、５４中間ユニット、５６後方ユニット。

Claims

放射線発生側から見て前後に並ぶ第１及び第２検出ユニットを含み、
前記第１及び第２検出ユニットの内の少なくとも前記第１検出ユニットが凹凸表面を構成する複数の検出器を有する検出構造体を構成し、
第１測定モードにおいては、前記第１検出ユニットが入射放射線のコンプトン散乱位置を特定する散乱用検出ユニットとして機能し、且つ、前記第２検出ユニットが散乱放射線の吸収位置を特定する吸収用検出ユニットとして機能し、前記第１及び第２検出ユニットからの信号に基づいて入射放射線の入射角度が推定されて三次元放射能分布が第１画像として生成され、
当該放射線測定装置は、
前記放射線発生側における個々の放射能位置に応じた前記複数の検出器の応答特性で構成される応答特性群が予め格納された記憶部と、
第２測定モードにおいて、前記応答特性群及び前記検出構造体を構成する複数の検出器からの信号に基づいて、第２画像を構成する三次元放射能分布を推定する推定部と、
を含み、
前記第２測定モードにおいては、前記三次元放射能分布が前記第２画像として生成される、
ことを特徴とする放射線測定装置。
請求項１記載の装置において、
前記放射線のエネルギーに基づいて前記第１測定モード及び前記第２測定モードを含む測定モード群の中から実際に使用する測定モードを選択するモード選択手段を含む、ことを特徴とする放射線測定装置。
請求項２記載の装置において、
前記測定モード群の中には前記第１画像及び前記第２画像の両方を生成する第３測定モードが含まれる、ことを特徴とする放射線測定装置。
請求項１記載の装置において、
前記凹凸表面は、前方に開口した複数の凹部を含む、
ことを特徴とする放射線測定装置。
放射線発生側から見て前後に並ぶ第１及び第２検出ユニットを含み、
前記第１及び第２検出ユニットの内の少なくとも前記第１検出ユニットが凹凸表面を構成する複数の検出器を有する検出構造体を構成し、
第１測定モードにおいては、前記第１検出ユニットが入射放射線のコンプトン散乱位置を特定する散乱用検出ユニットとして機能し、且つ、前記第２検出ユニットが散乱放射線の吸収位置を特定する吸収用検出ユニットとして機能し、前記第１及び第２検出ユニットからの信号に基づいて入射放射線の入射角度が推定されて三次元放射能分布が第１画像として生成され、
第２測定モードにおいては、前記検出構造体を構成する複数の検出器からの信号に基づいて三次元放射能分布が第２画像として生成され、
前記検出構造体は、前後方向であるＺ方向に並ぶ、前方ユニット、中間ユニット及び後方ユニットにより構成され、
前記前方ユニットは、Ｘ方向に整列した複数のスリット状凹部を有し、
前記中間ユニットは、Ｙ方向に整列した複数のスリット状凹部を有し、
前記後方ユニットは、Ｘ方向及びＹ方向に広がった平板状の形態を有する、
ことを特徴とする放射線測定装置。