JP6406496B2 - コインシデンス検出システム、コインシデンス検出システムを用いたコンプトン・カメラ、ホール・ボディ・カウンタ、放射線測定移動体、無人航空機、ｐｅｔ、人工衛星およびコインシデンスの検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、コインシデンス検出システム、このコインシデンス検出システムを用いたコンプトン・カメラ、ホール・ボディ・カウンタ、放射線測定移動体、無人航空機、ＰＥＴ、人工衛星およびコインシデンスの検出方法に関するものである。

近年、医療現場で頻繁に使用されつつあるＰＥＴ(Positron Emission Tomography)装置は、生体の機能を観察し、特に、癌の診断に大きく寄与している。この使用には、まず、短い半減期（^１５Ｏ：２分、^１３Ｎ１０分、^１８Ｆ：１１０分等）で陽電子(Positron)を放出する放射性同位元素を含む放射性薬剤を患者の体内に投与する。この放射性薬剤は、癌細胞等が存在する特定の臓器に集積し、そしてこの放射性薬剤内の放射性同位元素は、その臓器内で崩壊して陽電子を放出する。この放出された陽電子は、近傍に存在する原子の電子と衝突して対消滅する。この際、エネルギが電子の静止質量に等しい５１１Ｋｅｖの２本のガンマ線（光子）が放出される。これらの放出された２本のガンマ線（光子）は、元の陽電子と電子の運動量を保存するので、正反対の運動量を持ち、その進行方向は、ほぼ１８０度反対方向を向いている。患者の周囲を取り巻くように配置した多くのガンマ線検出器の内の２つのガンマ線検出器により、これら同時放出された２本のガンマ線を検出する。これにより、この２つのガンマ検出器を結ぶ線上の何れかの点で、対消滅が生じたことが判る。このようなデータを集めることにより、癌細胞が存在する場所が判り、ＣＴと同様な技術を用いて、臓器の三次元画像を得ることができる。

ＰＥＴ装置においては、同時放出された２本のガンマ線を正確に検出することが重要である。何故ならば、本来の同時放出された２本のガンマ線とほぼ同時刻に偶発的に発生した他のガンマ線を、本来の同時放出されたガンマ線と誤認する可能性があるためである。この誤認の可能性をなくすためには、２本のガンマ線が同時発生した時刻を出来る限り正確に把握すること（正確なコインシデンス測定）が必要である。コインシデンス測定は、例えば、特許文献１に開示されているコインシデンス回路により行われる。

特開２００４−３４０８７６号公報

放射線医学総合研究所、平成１４年度次世代ＰＥＴ装置開発研究報告書、「（９）信号処理−同時計数回路」（５６〜６０頁）

コインシデンス測定は、基本的には、二種類の測定原理により行われる。第一の測定原理では、イベントＡを検知した検出器１のタイミング出力論理パルスO_１と、イベントＡを検知した検出器２のタイミング出力論理パルスO_２とが加算回路により加算され、その加算結果が、コインシデンスが発生した時に得られるある閾値Ｐと比較される。またそれぞれの検出器のエネルギー出力は５１１Ｋｅｖで無ければならない。例えば、ある陽電子と電子の対消滅により、５１１Ｋｅｖの２本のガンマ線が発生する場合、O_１とO_２の合計値が閾値Ｐを越えた場合、イベントＡとイベントＢは、陽電子と電子の対消滅により発生した、つまり、同時に発生した（コインシデンスが取れた）と判断することが出来る。この第一の測定原理では、検出器１と検出器２の信号遅延が、同一でなくてはならない。これらの信号遅延が、異なっている場合には、真のコインシデンスは検知されない可能性がある。従って、２つのガンマ線検出信号の遅延の差は正確に補正されなければならない。

第二のコインシデンス測定原理では、各イベントに、共通クロックを用いてタイムスタンプを付し、一定のタイムウィンドウＴ内にある複数のイベントは、同時に発生した（コインシデンスが取れた）ものと判断する。この場合、タイムウィンドウＴ内で発生した複数のイベントは、同時に発生されたものと認識されてしまうので、同時に発生したものではない複数のイベントを同時に発生したものと誤認することを防ぐには、タイムウィンドウＴは、可能な限り短くすることが必要である。現行のＰＥＴで採用されているタイムウィンドウＴは、１２ナノ秒である。コインシデンス測定精度を上げるには、タイムウィンドウＴを狭くする、つまり、共通クロックの周波数を可能な限り高くする必要がある。現在の所、検出器、オペアンプ、コンスタント・フラクション・ディスクリミネータ、演算回路等の動作速度の制約により、実用的に採用されている共通クロックの周波数は、１００ＭＨｚが限界である。

コインシデンス回路は、これらのコインシデンス測定原理を用いて、コインシデンスを検出する。ＰＥＴに用いられるコインシデンス回路は、特許文献１に開示されている。さらに、非特許文献１には、ＰＥＴに用いられる、一対の検出器の同時計数について試作された同時計数回路が開示されている。

図７は、非特許文献１の同時計数回路を、一対の検出器からＮ個の検出器に拡張したコインシデンス検出システムを示す。検出器１０_{１・・・Ｎ}で検出されたガンマ線の出力は、信号処理回路３０_{１・・・Ｎ}により均一化される。均一化された出力値は、アナログ伝送経路３１_{１・・・Ｎ}によりコインシデンス回路３２に転送される。コインシデンス回路３２は、共通クロック発生回路部３８と、コインシデンス判定部４０と、各検出器ごとに設けられている振分け回路部３４_{１・・・Ｎ}およびコンフィグレーション回路部３６_{１・・・Ｎ}とからなる。振分け回路部３４_{１・・・Ｎ}は、アナログ伝送経路３１_{１・・・Ｎ}を介して転送されてきた各検出器のアナログ信号を、コインシデンス判定部４０に判定対象ブロックごとに振り分ける。振分け回路部１０_{１・・・Ｎ}とコインシデンス判定部４０は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を備えていて、これにより処理を行う。コンフィグレーション回路部３６_{１・・・Ｎ}は、システム起動時にＦＰＧＡのコンフィグレーションを行う。コインシデンス判定部４０は、時刻データを比較してコインシデンスが発生しているか否かを判断し、発生している場合には、検出器アドレスをＦＩＦＯメモリに格納する。アドレス変換回路部４２は、コインシデンス判定部４０のＦＩＦＯメモリからデータを読み出し、それを規定のアドレスフォーマットに変換する。

図７に示されるように、従来のコインシデンス検出システムにおいては、信号処理回路３０_{１・・・Ｎ}からコインシデンス回路３２に転送される信号は、アナログ信号である。このアナログ信号の転送時に、アナログ信号は減衰してしまい、さらに、アナログ伝送経路３１_{１・・・Ｎ}は、外部ノイズを拾ってしまう。その上、作業者は、各伝送経路３１_{１・・・Ｎ}間の信号遅延を調整し、かつジッタを防止する等の作業をしなければならない。これに加え、アナログ信号が使用されるため、これらの伝送経路同士、伝送経路同士と検出器間との間、および検出器間相互の間にはクロストークが発生するので、これらの配置・間隔等には微妙な調整が必要となる。検出器が２台の場合であっても、このような作業は面倒であるが、ＰＥＴのように1００台もの検出器が使用される場合には、1００本ものアナログ伝送経路３１_{１・・・Ｎ}についてのこれらの作業は、極めて困難である。

さらに、従来のコインシデンス検出システムにおいては、コインシデンス判定部４０は、全ての検出器１０_{１・・・Ｎ}で検出された出力信号を、同時にかつリアルタイムで、処理しなければならない。そのため、ＰＥＴのように1００台もの検出器が使用される場合には、その処理すべきデータ量は、膨大なものとなり、その処理システムには、超高速の演算速度が要求される。この結果、ＰＥＴに使用されるコインシデンス回路は、極めて高価になり、その占有容積も大きくなりかつその重量も大となる。

従って、本発明が解決しようとする課題は、上述した種々の問題をもたらすコインシデンス回路を不要とした放射線のコインシデンス検出システム、このコインシデンス検出システムを用いたコンプトン・カメラ、ホール・ボディ・カウンタ、放射線測定移動体、無人航空機、ＰＥＴ、人工衛星およびコインシデンスを検出する方法を提供することである。

本願請求項１に記載の発明は、共通クロックを発生させる共通クロック発生手段と、イベントの発生を検出する複数の放射線検出器と、前記イベントの前記放射線検出器による出力値の波高値をデジタル変換するＡ／Ｄ変換器と、前記イベントの発生時を示す前記共通クロックに基づく時刻と、前記Ａ／Ｄ変換器によりデジタル変換された前記波高値とのデータ対を形成するデータ対形成手段と、各前記放射線検出器ごとに、前記データ対が格納される格納手段と、各前記放射線検出器ごとに格納された前記時刻と前記デジタル変換された波高値との前記データ対を、前記複数の他の放射線検出器によるデータ対と、比較することにより前記イベントのコインシデンスを検出するデータ対処理手段とを備えるコインシデンス検出システムを提供することにより、上記課題を解決している。

本願請求項１に記載のコインシデンス検出システムにおいては、複数の放射線検出器が、イベントの発生を検出し、その波高値を出力する。このアナログ値である波高値は、Ａ／Ｄ変換器によりデジタル変換される。データ対形成手段は、このデジタル変換された波高値と、共通クロックに基づくイベントの発生時刻とを、対にしてデータ対を形成する。この各放射線検出器ごとに形成されたデータ対は、格納手段に格納される。データ対処理手段は、各放射線検出器ごとのデータ対を比較し、コインシデンスを検出する。

データ対形成手段が行う処理は、デジタル値である波高値とデジタル値であるイベントの発生時刻とを格納手段に格納することであるが、この処理は、極めて単純である。また、データ対処理装置が行う処理は、各放射線検出器ごとのデータ対を比較する処理であり、この演算処理も、例え、放射線検出器の数が膨大になったとしても、コンピュータにとっては、極めて単純な演算処理である。従来のコインシデンス回路が、各放射線体検出器からの出力を同時に処理しなければならないため、放射線体検出器の数が膨大である場合、その演算処理は、極めて複雑かつ困難である。これに対し、本願請求項１に記載のコインシデンス検出システムは、従来のコインシデンス回路を不要としたので、その演算処理は、極めて単純である。

さらに、本願請求項１に記載のコインシデンス検出システムにおいては、放射線検出器のアナログ出力をコインシデンス回路の入力に転送するアナログ伝送経路が、不要である。従って、このコインシデンス検出システムには、アナログ信号の取り扱いに伴う種々の問題が存在しない。

本願請求項２に記載のコインシデンス検出システムは、前記共通クロックが、ＧＰＳ（Global Positioning System）時刻であることを特徴とする。ＧＰＳから得られるクロックは、地球上の何処においても、同一で正確であるので、本発明のコインシデンス検出システムのクロックに使用することは好都合である。さらに、共通クロック発生器を別途準備する必要もない。

本願請求項３に記載のコインシデンス検出システムは、前記Ａ／Ｄ変換器が、サンプリングＡ／Ｄ変換器であることを特徴とする。サンプリングＡ／Ｄ変換器を採用することにより、クロックを使用しないＡ／Ｄ変換器に比較し、検出位置分解能を一桁向上させることが出来る。

本願請求項４に記載のコインシデンス検出システムは、前記格納手段が、携帯可能な格納手段であることを特徴とし、本願請求項５に記載のコインシデンス検出システムは、前記携帯可能な格納手段が、ＵＳＢメモリ、ＳＳＤまたはハードディスクの何れかであることを特徴とする。格納手段が携帯可能であるので、放射線によりイベントが発生する現場で、イベントについてのデジタル・データの対を格納手段に格納し、この格納手段のみを、現場から離れた場所にあるＰＣ等のデータ処理装置（または電子計算センタ）に運び、そこでデータ処理を行うことができる。このため、現場においては、データの収集のみに専念すれば良い。

本願請求項１０に記載の発明は、請求項１〜５の何れか１項に記載のコインシデンス検出システムを備えるＰＥＴであることを特徴とする。前記コインシデンス検出システムを備えるＰＥＴは、アナログ伝送経路の使用には必要な面倒な調整作業が不要となる。さらに、コインシデンス回路が不要となるので、廉価なＰＥＴを得ることが可能となる。

本願請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れか１項に記載の前記放射線検出器と、前記Ａ／Ｄ変換器と、前記データ対形成手段と、前記格納手段とを備え、かつ第二の前記放射線検出器が、第一の前記放射線検出器においてコンプトン散乱された放射線を検出するコンプトン・カメラであることを特徴とする。請求項１〜５の何れか１項に記載のコインシデンス検出システムは、従来の重くて大きいコインシデンス回路を備えていないので、軽量、コンパクトである。そのため、本願請求項６に記載のコンプトン・カメラも、軽量、コンパクトになる。

本願請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のコンプトン・カメラを搭載したホール・ボディ・カウンタであることを特徴とする。本願請求項８に記載の発明は、請求項６に記載のコンプトン・カメラを搭載した放射線測定移動体であることを特徴とする。本願請求項９に記載の発明は、請求項６に記載のコンプトン・カメラを搭載した無人航空機であることを特徴とする。本願請求項６に記載のコンプトン・カメラは、軽量、コンパクトであるので、このようなコンプトン・カメラは、容易に小型の無人リモコン・ヘリコプタ等の無人航空機に搭載することが出来る。

本願請求項１１に記載の発明は、請求項１〜５の何れか１項に記載の前記放射線検出器と、前記Ａ／Ｄ変換器と、前記データ対形成手段と、前記格納手段とを備える人工衛星であることを特徴とする。

本発明のコインシデンス検出システムおよびコインシデンスの検出方法によると、アナログ伝送経路の使用による、アナログ信号の減衰・遅延、外部ノイズ・クロストーク・ジッタ等に対処するための面倒な作業が不要となり、さらに、複雑で、重く、高価なコインシデンス測定回路も不要となる。そのため、本発明のコインシデンス検出システムを、ＰＥＴに用いた場合には、ＰＥＴの価格は著しく廉価になる。

また、本発明のコインシデンス検出システムを用いたコンプトン・カメラは、軽量で、コンパクトにすることが出来る。そのため、このようなコンプトン・カメラを無人リモコン・ヘリコプタ等に搭載して、原子炉の事故現場等の探索を容易に行うことが可能になる。また、本発明のコンプトン・カメラは、指向性を持たせることにより、重くて高価なシールドの必要性を大いに減少させる。

本発明のコインシデンス検出システムを説明する図である。 本発明のコインシデンス検出システムを用いたコンプトン・カメラの動作原理を説明する図である。 本発明のコンプトン・カメラを用いたホール・ボディ・カウンタを説明する図である。 本発明のコンプトン・カメラを用いた放射線測定移動車を説明する図である。 本発明のコインシデンス検出システムを用いたＰＥＴを説明する図である。 本発明のコインシデンス検出システムを応用した人工衛星を説明する図である。 従来のＰＥＴの構成図である。

（実施態様１）
図１により、２台の検出器を備える実施態様１のコインシデンス検出システ
ムについて説明する。

このコインシデンス検出システムは、共通クロック発生器１２と、第一の検出器１０_１についての検出器ユニット１と、第二の検出器１０_２についての検出器ユニット２と、データ対処理装置２０から構成されている。検出器ユニット１は、検出器１０_１、Ａ／Ｄ変換器１１_１、データ対形成回路１６_１および格納手段１４_１から構成されている。

検出器１０_１には、シンチレータと光電子増倍管を使用するが、シンチレータとＭＰＰＣ、半導体検出器を用いることも出来る。検出器１０_１の後段には、検出器１０_１のアナログ出力をデジタルに変換するサンプリングＡ／Ｄ変換器１１_１が接続されている。このサンプリングＡ／Ｄ変換器１１_１は、Ａ／Ｄ変換にクロックを使用するので、このサンプリングＡ／Ｄ変換器１１_１にはＧＰＳクロックを受信するためのクロック受信手段１３_１が設けられている。

サンプリングＡ／Ｄ変換器１１_１には、イベントの波高値に対応するこのＡ／Ｄ変換器１１_１の出力と、イベントの発生時刻とを対にする処理を行うデータ対形成回路１６_１が接続されている。

クロック受信手段１３_１は、ＧＰＳクロックを受信する場合にはアンテナであるが、ローカルな共通クロック発振器を用いる場合には、光ファイバ、同軸ケーブル等である。ローカルな共通クロック発振器から共通クロックを得ることに代えて、加速器のフィールドでは、加速器から放出される加速周波数の電磁波から、クロックを抽出して、これを共通クロックに使用することも可能である。

Ａ／Ｄ変換器１１_１に、サンプリングＡ／Ｄ変換器ではなく、クロックを使用しないＡ／Ｄ変換器を用いる場合には、クロック受信手段１３_１であるアンテナは、データ対形成回路１６_１に設けられる。Ａ／Ｄ変換器１１_１に、サンプリングＡ／Ｄ変換器を用いる場合には、クロックを使用しないＡ／Ｄ変換器に較べ、クロック周波数が一桁小さくなるので、ガンマ線タイムオブフライトによって数ミリメートルの位置分解能を得ることが可能となる。

データ対形成回路１６_１には、データ対形成回路１６_１の出力を格納する格納手段１４_１が接続されている。格納手段１４_１には、ＵＳＢメモリを用いているが、これに代えて、携帯可能なハードディスク、ＳＳＤを用いることも可能である。

検出器ユニット２は、検出器ユニット１と同様に、検出器１０_２、Ａ／Ｄ変換器１１_２、データ対形成回路１６_２および格納手段１４_２から構成されている。

共通クロック発生器１２は、各検出器１０のクロック受信手段１３により受信される共通クロックを発生させる。このクロックには、ＧＰＳ衛星から送られて来る１．３ＧＨｚのクロックが用いられるが、これに代えて加速器実験であれば、加速電極から放出される加速周波数の電磁場の様な物も用いる事が出来、また、単なる高周波発信器を設置する事も出来る。

データ対処理装置２０は、格納手段１４_１、１４_２に格納されているイベントの発生時刻と出力波高値とのデータ対から、時刻情報を基準に各格納手段の出力波高値を“マージ”して、第二のコインシデンス測定原理から得られるデータと同じ形式のデータを作成する。

データ対処理装置２０へのデータ入力は、ユーザが、検出器ユニット１と検出器ユニット２のデータが格納されているＵＳＢメモリを、データ対処理装置２０のＵＳＢポートに差し込むことにより行われる。これに代えて、検出器ユニット１と検出器ユニット２をデータ対処理装置２０にＬＡＮで接続し、検出器ユニット１と検出器ユニット２のデータをシリアルにデータ対処理装置２０に読込ませることも可能である。この場合には、ユーザが、一々、ＵＳＢメモリをデータ対処理装置２０のＵＳＢポートに差し込む作業は不要となる。

次に、実施態様１のコインシデンス検出回路の動作を説明する。イベントが発生すると、ガンマ線が放出され、これが検出器１０_１と１０_２によりそれぞれ波高値が検出される。検出器１０_１と１０_２により出力された波高値は、Ａ／Ｄ変換器１１_１と１１_２によりそれぞれデジタル値にＡ／Ｄ変換される。

データ対形成回路１６_１、１６₂は、クロック受信手段１３_１、１３_２により受信したＧＰＳのクロックにより測定したイベントの発生時刻と、デジタル変換された波高値とを対にして、ＵＳＢメモリ１４_１、１４_２に格納する。このようにして、検出器ユニット１と検出器ユニット２により、それぞれ、得られたイベントの発生時刻と波高値の各データ対は、各ＵＳＢメモリ１４_１、１４_２に格納される。これらのデータ対の一例を、表１に示す。

表１

時刻 検出器ユニット１ 時刻 検出器ユニット２
12648 85 19656 206
36780 198 43676 445
43676 250 48401 644
54483 189 54483 512
104534 661 104534 197
105372 56 141165 172
141165 188 168221 181
163747 640 186390 452
186390 662 274255 487
243983 54 290694 302
287153 694 297497 582
312816 394 312816 640
352091 633 325568 96
368857 138 352091 248
379808 94 375826 171
379808 106
380814 659

この表１で、時刻の数値は、イベントが発生した時刻をスタート時点からのカウント数で表し、検出器ユニット１および２の数値は、検出器ユニット１および２の出力値をｋｅｖで表す。例えば、検出器ユニット１の１行目の記載は、検出器ユニット１が時刻１２６４８カウントでイベントを検出し、その波高値が８５ｋｅｖであることを示し、検出器ユニット２の１行目の記載は、検出器ユニット２が時刻１９６５６カウントでイベントを検出し、その波高値が２０６ｋｅｖであることを示す。

ユーザは、データ対が格納されている各ＵＳＢメモリ１４_１、１４_２を、データ対処理装置２０のＵＳＢポートに差し込み、イベントの発生時刻と波高値の各データ対をデータ対処理装置２０に入力する。データ対処理装置２０は、これらの各検出器ユニットごとのデータ対をマージ、その結果からコインシデンスを検出する。データ対がマージされた結果を表２に示す。

表２

時刻 検出器ユニット１ 検出器ユニット２ コインシデンス
12648 85
19656 206
36780 198
43676 250 445 ○
48401 644
54483 189 512 ○
104534 661 197 ○
105372 56
141165 188 172 ○
163747 640
168221 181
186390 662 452 ○
243983 54
274255 487
287153 694
290694 302
297497 582
312816 394 640 ○
325568 96
352091 633 248 ○
368857 138
375826 171
379808 94 106 ○
380814 659

この表２は、時刻１２６４８で、検出器ユニット１が波高値８５ｋｅｖのイベントを検出し、時刻１９６５６で、検出器ユニット２が波高値２０６ｋｅｖのイベントを検出（以下、続く）していることを表す。時刻４３６７６では、検出器ユニット１が波高値２５０ｋｅｖのイベントを、検出器ユニット２が波高値４４５ｋｅｖのイベントを検出している。ここでは、検出器ユニット１と検出器ユニット２が同時にイベントを検出しているので、コインシデンスが発生している。これ以降、表２の例では、７つの時刻で、コインシデンスが発生している（コインシデンスの欄の○を参照）。このようにして、本願発明のコインシデンス検出システムは、コインシデンスの発生を検出する。

このようなコインシデンス検出システムによると、従来の複雑で、高価で、重く、容積の大きいコインシデンス回路３２およびアナログ伝送経路３１が不要となる。データ対形成回路１６およびデータ対処理装置２０が行う演算処理が、極めて単純であるので、このシステムは、構造が簡単で、廉価で、軽量かつコンパクトなシステムとなる。

（実施態様２）
図２に基づいて、本発明のコインシデンス検出システムをコンプトン・カメラに応用した例を説明する。

このコンプトン・カメラにおいては、イベントにより生成された入射ガンマ線２６が一番目の検出器１０_１に入射する。この入射ガンマ線２６は、E_０のエネルギを持つが、検出器１０_１内の電子と衝突して、電子２９にE_１のエネルギを与え、E_２のエネルギを持つ散乱ガンマ線２８を生成する。入射ガンマ線２６と散乱ガンマ線２８は、散乱角Φを成す。この散乱角Φにより形成される円錐はコンプトン円錐２７と呼ばれ、イベントは、このコンプトン円錐２７の円周上の何れかに存在する。E_２のエネルギを持つ散乱ガンマ線２８は、二番目の検出器１０_２により検出される。実施態様１に述べたコインシデンス検出システムを用いて、入射ガンマ線２６と散乱ガンマ線２８の間にコインシデンスが検出されると、入射ガンマ線２６と散乱ガンマ線２８が、同一のイベントに起因するものであることが判る。散乱角Φは、E_１とE_２の比から求めることが出来る。従って、一番目の検出器１０_１により測定された散乱電子２９のE_１と、二番目の検出器１０_２により測定された散乱ガンマ線２８のE_２との比を得ることにより、コンプトン円錐２７を得ることが出来る。

コンプトン・カメラは、実施態様１に述べたコインシデンス検出システムによりコインシデンスが検出されたデータ対に対応するコンプトン円錐２７を得ることにより、イベントの画像を得ることが出来る。散乱角Φが、E_１とE_２の比から決まることは、E_１とE_２の比を決めることが散乱角Φを決めることを意味する。つまり、E_１とE_２の比が一定値以下のデータしか考慮しない場合、これは、散乱角Φが一定値以下に対応するイベントしか考慮しないことを意味する。この場合、このコンプトン・カメラは、散乱角Φの指向性を有していることになる。

（実施態様３）
図３に基づいて、本発明のコンプトン・カメラを応用したホール・ボディ・カウンタを説明する。

ホール・ボディ・カウンタ５６は、外部からの放射線をカットするシールド壁６４内に、実施態様２で記載したコンプトン・カメラ５８を備えている。このコンプトン・カメラ５８は、上面のシールド壁６４を移動する車輪６２から吊り下げられていて、ホール・ボディ・カウンタ５６の底面に横たわる被験者６０をカバーするように移動する。コンプトン・カメラ５８は、下側に第一の検出器１０_１と、Ａ／Ｄ変換器１１_１と、データ対形成回路１６_１と格納手段１４_１とからなる検出器ユニット１を備え、検出器ユニット１の上部に第二の検出器１０_２と、Ａ／Ｄ変換器１１_２と、データ対形成回路１６_２と格納手段１４_２とからなる検出器ユニット２を備えている。

放射能に汚染された被験者６０が、ホール・ボディ・カウンタ５６の底面に横たわる。被験者６０から放出されるエネルギＥ_１のガンマ線は、先ず、第一の検出器１０_１に入射する。ここでコンプトン散乱を起こした散乱ガンマ線は、第二の検出器１０_２に入射し、そのエネルギＥ_２が検出される。コンプトン・カメラ５８を移動させて、被験者６０の全体の放射能を検出する。被験者６０の測定が終了すると、検出ユニット１および２からＵＳＢメモリ１４₁および１４_２を取出し、これらをＰＣ等の演算処理装置に装着して、得られたデータ対の演算処理を行う。これにより、被験者６０の放射能による汚染状態が得られる。

従来のホール・ボディ・カウンタにおいて、放射線の検出は、大型のＮａＩ検出器により行われていた。このようなホール・ボディ・カウンタにおいては、充分なＳ／Ｎ比を得るため、外部からの放射線をカットする高価で、重いシールド壁が必要であった。これに対し、本発明のホール・ボディ・カウンタ５６は、実施態様２で述べたコンプトン・カメラ５８を用いているので、前述したように、Ｅ_１とＥ_２の比を調整することにより、コンプトン・カメラに指向性を持たせることが出来る。図３のホール・ボディ・カウンタ５６においては、コンプトン・カメラ５８は、被検者６０に対し指向性を持てばよいので、この指向性に関係しないシールド壁は薄くすることが出来る。

本発明のホール・ボディ・カウンタ５６は、そのコンプトン・カメラ５８内には、コインシデンス回路等の重くかつ嵩張る電子機器は、存在せず、検出器ユニット１および２が格納されているのみである。従って、コンプトン・カメラ５８は、極めて軽量・小型である。このため、コンプトン・カメラ５８の駆動系およびホール・ボディ・カウンタの壁等の強度に対する要求は、非常に低くなる。さらに、実施態様２で述べたように、本発明のコンプトン・カメラ５８は、Ｅ_１とＥ_２の比を一定値以下に設定することにより、指向性を持たせることが出来るので、外部からの放射線をカットするシールドの厚さは、薄くて良い。その結果、本発明のホール・ボディ・カウンタは、容易に移動させることが出来、かつ非常に廉価になる。

（実施態様４）
図４に基づいて、本発明のコンプトン・カメラを搭載した放射線測定移動車を説明する。

この放射線測定移動車は、複数のタイヤ６８と、フレーム６６と、駆動動力源を備えている。フレーム６６には、実施態様２で述べたコンプトン・カメラ５８が搭載されている。車輪に代えて無限軌道を用いることも出来る。この放射線測定移動車が原子力発電所の事故現場等を移動すると、地面から発生した放射線が、第一の放射線検出器１０_１に入射し、以後、実施態様２で述べた動作原理により、事故現場の放射線の存在・強度が検出される。本発明のコンプトン・カメラ５８は、軽量かつコンパクトなので、放射線測定移動車も軽量かつコンパクトに、更に、廉価に製造することが出来る。

（実施態様５）
本発明のコンプトン・カメラを搭載した無人航空機を説明する。無人航空機の一例として無人リモコン・ヘリコプタを採用した。この無人リモコン・ヘリコプタは、電動モータで駆動される小型の無人リモコン・ヘリコプタで、実施態様２で記載したコンプトン・カメラ５８を搭載している。格納手段１４にＵＳＢメモリを用いる場合、検出器１０、Ａ／Ｄ変換器１１、データ対形成回路１６および格納手段１４からなる検出器ユニットを４個使用しても、その全体の重量は、２ｋｇにも満たない。従って、４個の検出器ユニット１〜４からなるコンプトン・カメラ５８は、小型の無人リモコン・ヘリコプタに搭載させることは十分可能である。

これらの検出器ユニットを搭載させた無人リモコン・ヘリコプタを、原子力発電所の事故現場の上空に飛行させ、この現場で発生している放射線のコインシデンス検出の測定を行うことが出来る。このコインシデンスの測定結果が格納された、各検出器ごとのＵＳＢメモリは、無人リモコン・ヘリコプタが地上に帰還した後に、回収される。回収されたＵＳＢメモリに格納されている各検出器ごとのデータ対は、地上のＰＣで演算処理され、これにより、原子力発電所の事故現場の映像等を得ることが出来る。ＵＳＢメモリの使用に代えて、検出器ユニットで収集されたデータは、無線で、直接、地上のデータ処理装置に送信させることも出来る。

（実施態様６）
図５に基づいて、本発明のコインシデンス検出システムをＰＥＴに応用した例を説明する。

このＰＥＴにおいては、実施態様１で述べた検出回路ユニット１〜Ｎが、人体の周囲を取り巻くようにリング上に配置されている。共通クロックには、ＧＰＳのクロックが使用される。格納手段１４_１〜Ｎには、ＳＳＤが使用され、検出回路ユニット１〜Ｎの各ＳＳＤは、ＬＡＮケーブル１８によりデータ対処理装置２０に接続されている。検出回路ユニット１〜Ｎの各ＳＳＤ１４とデータ対処理装置２０とは、ＬＡＮケーブルに代えて、無線により接続させても良い。データ対処理装置２０は、画像再構成装置２２に接続され、画像再構成装置２２はディスプレイ２４に接続されている。

次に、ＰＥＴの動作を説明する。ポジトロンを放出するＲＩ化合物が被検体に投与されると、被検体の患部から、ポジトロンが電子と結合することにより、一対のガンマ線（５１１ｋｅｖ）が放出されるイベントが発生する。被検体の周囲に配置されている検出器ユニット１〜Ｎは、このイベントを検出し、各検出器ユニットのＳＳＤ１４_１〜Ｎには、イベントの発生時刻と検出器の出力の波高値のデータ対が格納される。ＳＳＤ１４_１〜Ｎに格納されているデータ対は、ＬＡＮケーブル１８によって、適宜読み出され、データ対処理装置２０に転送される。転送されるデータ対は、表１における検出器１および２から得られるデータ対が、検出器１〜Ｎに拡張された検出器から得られるデータ対である。検出器１〜Ｎから得られたデータ対は、データ対処理装置２０により表２に示されるデータ形式（検出器１〜Ｎ）に変換される。データ対処理装置２０は、表２のデータ形式に変換された時刻と検出器１〜Ｎの波高値のデータから、コインシデンスを検出し、イベントの発生時刻と波高値を知る。このイベントの発生時刻と波高値のデータは、画像再構成装置２２に転送されて、患部の画像が再構成される。再構成された患部の映像は、ディスプレイ２４に表示される。

（実施態様７）
図６に基づいて、本発明のコインシデンス検出システムを人工衛星に応用した例を説明する。

第一の人工衛星４４も第二の人工衛星４６も、それぞれ、図１に示す検出器ユニット１および２を備えている。データ対処理装置２０は、地球４８の地上局５０に配置されている。太陽のような天体５２が、太陽フレアのような爆発により放射線を発生させると、同一イベント（爆発）に基づくガンマ線５４が、第一の人工衛星４４と第二の人工衛星４６により検出される。ＧＰＳに基づいて計測されたイベントが検出された時刻と、検出された信号の波高値とのデータ対は、格納手段１４に格納される。人工衛星４４と人工衛星４６の格納手段１４に格納されているそれぞれのデータ対は、無線により地上局５０に転送され、演算処理される。このようにして、天体５２で発生したイベント（爆発）の特性を正確に把握することが出来る。

秒速１ｋｍ以上で飛行している複数の人工衛星により得られたデータ間に、コインシデンスを見出すことは、従来は、不可能であった。しかしながら、本発明のコインシデンス検出システムを使用すれば、ＧＰＳに基づいて計測されたイベントが検出された時刻と、検出された信号の波高値とのデータ対を作成し、そのデータ対を地上のデータ対処理装置により処理することにより、従来不可能であった複数の人工衛星により得られたデータ間のコインシデンスを検出することが可能になった。

１〜N 検出器ユニット
１０ 検出器
１１ Ａ／Ｄ変換器
１２ 共通クロック発振器
１３ クロック受信手段
１４ 格納手段
１６ データ対形成回路
１８ ＬＡＮ
２０ データ対処理装置
２２ 画像再構成装置
２４ ディスプレイ
２６ 入射ガンマ線
２７ コンプトン円錐
２８ 散乱ガンマ線
２９ 散乱電子
３０ 信号処理回路
３１ アナログ伝送経路
３２ コインシデンス回路
３４ 振分け回路部
３６ コンフィグレーション回路部
３８ 共通クロック発生回路部
４０ コインシデンス判定部
４２ アドレス変換回路部
４４ 第一の人工衛星
４６ 第二の人工衛星
４７ ＧＰＳ衛星
４８ 地球
５０ 地上局
５２ 天体
５４ ガンマ線
５６ ホール・ボディ・カウンタ
５８ コンプトン・カメラ
６０ 被験者
６２ 車輪
６４ シールド壁
６６ フレーム
６８ タイヤ

Claims (15)

1. 共通クロックを発生させる共通クロック発生手段と、
   イベントの発生を検出する複数の放射線検出器と、
   前記共通クロックを無線により受信する共通クロック受信手段と、
   前記イベントの前記放射線検出器による出力値の波高値をデジタル変換するＡ／Ｄ変換器と、
   前記イベントの発生時を示す前記共通クロックに基づく時刻と、前記Ａ／Ｄ変換器によりデジタル変換された前記波高値とのデータ対を形成するデータ対形成手段と、
   各前記放射線検出器ごとに、前記データ対が格納される格納手段と、
   各前記放射線検出器ごとに格納された前記時刻と前記デジタル変換された波高値との前記データ対を、前記複数の他の放射線検出器によるデータ対と、比較することにより前記イベントのコインシデンスを検出するデータ対処理手段と
   を備えるコインシデンス検出システム。
2. 前記共通クロックが、ＧＰＳ時刻である、請求項１に記載のコインシデンス検出システム。
3. 前記Ａ／Ｄ変換器が、サンプリングＡ／Ｄ変換器である、請求項１または２に記載のコインシデンス検出システム。
4. 前記格納手段が、携帯可能な格納手段である、請求項１〜３の何れか１項に記載のコインシデンス検出システム。
5. 前記携帯可能な格納手段が、ＵＳＢメモリ、ＳＳＤまたはハードディスクの何れかである、請求項４に記載のコインシデンス検出システム。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載の、前記放射線検出器と、前記共通クロック受信手段と、前記Ａ／Ｄ変換器と、前記データ対形成手段と、前記格納手段とを備え、かつ第二の前記放射線検出器が、第一の前記放射線検出器においてコンプトン散乱された放射線を検出するコンプトン・カメラであって、前記コンプトン・カメラの外部に存在する、請求項１〜５の何れか１項に記載の、前記共通クロック発生手段と前記データ対処理手段と協働して、請求項１〜５の何れか１項に記載のコインシデンス検出システムを機能させる、コンプトン・カメラ。
7. 請求項６に記載のコンプトン・カメラを備えるホール・ボディ・カウンタ。
8. 請求項６に記載のコンプトン・カメラを備える放射線測定移動体。
9. 請求項６に記載のコンプトン・カメラを搭載した無人航空機。
10. 請求項１〜５の何れか１項に記載のコインシデンス検出システムを備えるＰＥＴ。
11. 請求項１〜５の何れか１項に記載の、前記放射線検出器と、前記共通クロック受信手段と、前記Ａ／Ｄ変換器と、前記データ対形成手段と、前記格納手段とを備える人工衛星であって、前記人工衛星の外部に存在する、請求項１〜５の何れか１項に記載の、前記共通クロック発生手段と前記データ対処理手段と協働して、請求項１〜５の何れか１項に記載のコインシデンス検出システムを機能させる、人工衛星。
12. 複数の放射線検出器によりイベントの発生を検出し、
    共通クロックを無線により受信し、
    前記共通クロックに基づいて前記イベントの発生時の時刻を計測し、
    Ａ／Ｄ変換器により前記イベントの前記放射線検出器による出力値の波高値をデジタル変換し、
    前記イベントの発生時を示す前記共通クロックに基づく時刻と、前記Ａ／Ｄ変換器により前記デジタル変換された波高値とのデータ対を、各前記放射線検出器ごとに、格納手段に格納し、
    各前記放射線検出器ごとに格納された前記時刻と前記デジタル変換された波高値のデータ対を、前記複数の他の放射線検出器によるデータ対と、比較する
    ことにより前記イベントのコインシデンスを検出するコインシデンスの検出方法。
13. 前記共通クロックが、ＧＰＳ時刻である、請求項１２に記載のコインシデンスの検出方法。
14. 前記格納手段が、携帯可能な格納手段である、請求項１２または１３に記載のコインシデンスの検出方法。
15. 前記携帯可能な格納手段が、ＵＳＢメモリ、ＳＳＤまたはハードディスクの何れかである、請求項１４に記載のコインシデンスの検出方法。

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