JP6485910B2 - 放射線測定装置及び放射線測定方法 - Google Patents

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Description

本発明は、放射線測定装置及び放射線測定方法に関し、特に、コンプトン散乱を利用して電磁放射線（例えば、Ｘ線、ガンマ線）を測定する装置及び方法に関する。
コンプトンカメラは、放射線源の空間的分布を画像化する放射線測定装置の一種である。コンプトンカメラは、コンプトン散乱を利用して電磁放射線（例えば、Ｘ線、ガンマ線）の入射方向を特定し、特定された入射方向から放射線源の空間的分布を表す画像を生成する。
図１は、コンプトンカメラの原理、特に、電磁放射線の入射方向の特定の原理を示す図である。コンプトンカメラの検出部は、典型的には、散乱体検出器１０１と、吸収体検出器１０２とを備えている。検出効率を上げるため、それぞれが層状に配置されている場合もある。このような構成の検出部において、ある放射線源１０３から入射した電磁放射線の光子が散乱体検出器１０１においてコンプトン散乱によって散乱され、コンプトン散乱によって散乱された光子が吸収体検出器１０２で光電吸収によって吸収されるイベントが発生した場合、該電磁放射線の散乱角θ（言い換えれば、放射線源１０３と位置Ｘ１とを結ぶ線分が、位置Ｘ１、Ｘ２を通過する直線となす角）は、下記式（１）で与えられる。
Figure 0006485910
 ここで、ｍｅは、電子の静止質量であり、ｃは、光速である。また、Ｅ１は、散乱体検出器１０１におけるコンプトン散乱で反跳電子が得たエネルギーであり、Ｅ２は、吸収体検出器１０２に吸収された光子のエネルギーである。
コンプトンカメラでは、このようにして得られた電磁放射線の散乱角θの情報に基づいて放射線源１０３の空間的分布を推定し、放射線源１０３の空間的分布を画像化する。より具体的には、各イベントにおけるコンプトン散乱が発生した位置Ｘ１、光電吸収が行われた位置Ｘ２及びコンプトン散乱の散乱角θの情報から、各イベントのコンプトンコーン１０４（放射線源が位置し得る点の集合で構成される円錐面）が再構成され、各イベントのコンプトンコーン１０４の重ね合わせに対応する画像が、放射線源１０３の空間的分布を示す線源分布画像として生成される。
なお、特開２０１１−８５４１８号公報は、放射線のエネルギーに応じて最適な方式で放射線測定を行うための放射線測定装置を開示している。該放射線測定装置は、コンプトンカメラの原理に従って線源分布画像を得る第１測定モードと、検出構造体の応答特性と実際の検出結果とに基づく最尤推定期待値最大化演算により線源分布画像を得る第２測定モードを有している。
特開２０１１−８５４１８号公報
発明者の検討によれば、現在のコンプトンカメラの課題の一つは、放射線源の性質の相違に対して柔軟に対応できないことである。言い換えれば、現在のコンプトンカメラは、コンプトンカメラに対する様々な要求に柔軟に対応することが難しい。例えば、放射される電磁放射線のエネルギー及びフラックスは、様々に相違し得るが、現在のコンプトンカメラは、エネルギー及びフラックスの相違に柔軟に対応するように構成を自在に変えることは困難である。放射線源に関する柔軟性が高い放射線測定装置が提供されれば、ユーザとしては、同一の放射線測定装置で様々な測定を実施することができ、利便性が向上する。放射線測定装置の製造者にとっても、放射線源の相違に合わせて様々な放射線測定装置を製造する必要がなくなるという利点がある。
より具体的な例を挙げれば、コンプトンカメラに対する要求としては、例えば、下記が挙げられる：
（ａ）多様な核ガンマ線を識別するための高いエネルギー分解能（例えば、ΔＥ／Ｅが３％程度）
（ｂ）放射線源が集積する位置や距離を特定するためのガンマ線到来方向の高い分解能（例えば、角度分解能１０度以下）。
（ｃ）現場で管理が必要となる低濃度放射性物質の集積を短時間で可視化する感度
（ｄ）多様な形態の放射線源の集積に対応するような広い視野
（ｅ）医療用途において人体などに近接して設置可能なコンパクトさ
（ｆ）医療用途において人体内のサブｍｍから１ｍｍの大きさの放射線源の集積を識別する角度分解能
（ｇ）極めて高い放射線フラックス（高濃度放射性物質）に対してもパイルアップを起こすことなく計測可能な測定性能
このような要求に合わせて柔軟に対応可能な構成のコンプトンカメラが提供すれば、ユーザの利便性を向上させることができる。
したがって、本発明の目的の１つは、放射線源の性質の相違に対して柔軟に対応できる放射線測定装置を提供することにある。
本発明の他の目的及び特徴は、以下の説明と添付図面から理解されるであろう。
以下に、発明を実施するための形態で使用される参照符号を添付しながら課題を解決するための手段を説明する。これらの参照符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態との対応関係の一例を示すために、参考として、括弧付きで付加されたものである。
本発明の一の観点では、放射線測定装置（１０）が、複数の検出器モジュール（１）と、演算装置（２）とを具備する。複数の検出器モジュール（１）のそれぞれは、複数の検出器と、複数の検出器に対応して設けられ、対応する検出器から得られるアナログ信号に対してアナログ−デジタル変換を行ってアナログ信号に対応するデジタル測定データを生成する複数のアナログ信号処理部（１６、１７）と、複数のアナログ信号処理部（１６、１７）から受け取ったデジタル測定データから生成したデジタル通信データを演算装置（２）に送信するデジタル処理部（１８）とを含む。複数の検出器のそれぞれは、電磁放射線を散乱する散乱体として機能する散乱体検出器（１４）、又は、電磁放射線を吸収する吸収体として機能する吸収体検出器（１５）のいずれかである。当該放射線測定装置（１０）に含まれる検出器のうちの少なくとも一は、散乱体検出器（１４）であり、当該放射線測定装置（１０）に含まれる検出器のうちの少なくとも一は、吸収体検出器（１５）である。演算装置（２）は、複数の検出器モジュール（１）から受け取ったデジタル通信データに基づいて、放射線源の空間分布を示す線源分布画像を生成する。このような構成の放射線測定装置（１０）では、放射線源の性質に応じて複数の検出器モジュール（１）を配置することにより、放射線源の性質の相違に対して柔軟に対応できる。
一実施形態では、演算装置（２）は、複数の検出器モジュール（１）のうちの第１検出器モジュール（１）の散乱体検出器（１４）でコンプトン散乱が発生し、コンプトン散乱によって散乱された光子が複数の検出器モジュール（１）のうちの第１検出器モジュール（１）と異なる第２検出器モジュール（１）の吸収体検出器（１５）において吸収される光電吸収が発生するイベントの発生を複数の検出器モジュール（１）から受け取ったデジタル通信データに基づいて検出した場合、イベントに対応するコンプトンコーンの再構成を行い、コンプトンコーンに基づいて線源分布画像を生成するように構成される。
一実施形態では、演算装置（２）は、複数の検出器モジュール（１）のそれぞれに同期データ又は同期信号を供給し、複数の検出器モジュール（１）のそれぞれは、同期データ又は同期信号に同期して生成された測定時刻データを含むようにデジタル通信データを生成する。この場合、演算装置（２）は、測定時刻データに基づいて、第１検出器モジュール（１）の散乱体検出器（１４）でコンプトン散乱が発生し、第２検出器モジュール（１）の吸収体検出器（１５）においてコンプトン散乱で散乱された光子が吸収される光電吸収が発生するイベントの発生を検出する。このような構成によれば、異なる検出器モジュール（１）でコンプトン散乱と光電吸収が発生しても、それらが同一の光子に関係していることを確実に検知することができる。
一実施形態では、複数の検出器モジュール（１）のそれぞれのデジタル処理部（１８）は、複数の検出器のうちの散乱体検出器（１４）においてコンプトン散乱が発生した散乱位置及びコンプトン散乱において反跳電子に与えられたエネルギーである第１エネルギーをデジタル測定データに基づいて特定し、散乱位置及び第１エネルギーを記述したデータを含むようにデジタル通信データを生成するように構成される。
他の実施形態では、複数の検出器モジュール（１）のそれぞれのデジタル処理部（１８）は、複数の検出器のうちの吸収体検出器（１５）において光電吸収が発生した吸収位置及び光電吸収において吸収されたエネルギーである第２エネルギーをデジタル測定データに基づいて特定し、吸収位置及び第２エネルギーを記述したデータを含むようにデジタル通信データを生成するように構成される。
また、複数の検出器モジュール（１）のそれぞれに含まれる複数の検出器の少なくとも一が、散乱体検出器（１４）であり、複数の検出器モジュール（１）のそれぞれに含まれる複数の検出器の少なくとも一が、吸収体検出器（１５）である場合、複数の検出器モジュール（１）のそれぞれのデジタル処理部（１８）は、複数の検出器のうちの散乱体検出器（１４）においてコンプトン散乱が発生した散乱発生位置及びコンプトン散乱において反跳電子に与えられたエネルギーである第１エネルギーをデジタル測定データに基づいて特定し、複数の検出器のうちの吸収体検出器（１５）への光電吸収が発生した吸収位置及び光電吸収において吸収されたエネルギーである第２エネルギーをデジタル測定データに基づいて特定し、且つ、散乱発生位置、第１エネルギー、吸収位置及び第２エネルギーを記述したデータを含むようにデジタル通信データを生成するように構成される。
これらの構成によれば、演算装置（２）に送られるデジタル通信データのデータ量を低減することができる。
一実施形態では、複数の検出器モジュール（１）に含まれる散乱体検出器（１４）の数が同一であり、複数の検出器モジュール（１）に含まれる吸収体検出器（１５）の数が同一である。好ましくは、複数の検出器モジュール（１）が、同一の構成を有している。このような構成によれば、各検出器モジュール（１）のコストを低減することができる。
一実施形態では、複数の検出器モジュール（１）のそれぞれのデジタル処理部（１８）は、無線通信によって演算装置（２）にデジタル通信データを送信する。このような構成によれば、複数の検出器モジュール（１）の配置の自由度を向上させることができる。
複数の検出器モジュール（１）のそれぞれは、複数の検出器と、複数のアナログ信号処理部（１６、１７）と、デジタル処理部（１８）とを収容する筐体を具備していてもよい。この場合、複数の検出器モジュール（１）のそれぞれの筐体は、他の検出器モジュール（１）の筐体と連結する連結機構を有していることが好ましい。このような構成によれば、複数の検出器モジュール（１）の相対的な位置関係を確実に固定することができる。
本発明の他の観点では、それぞれが複数の検出器を備えた複数の検出器モジュール（１）と演算装置（２）とを備える放射線測定装置（１０）であって、複数の検出器のそれぞれが、電磁放射線をコンプトン散乱によって散乱する散乱体として機能する散乱体検出器（１４）、又は、電磁放射線を吸収する吸収体として機能する吸収体検出器（１５）のいずれかであり、放射線測定装置（１０）に含まれる検出器のうちの少なくとも一は、散乱体検出器（１４）であり、放射線測定装置（１０）に含まれる検出器のうちの少なくとも一は、吸収体検出器（１５）である放射線測定装置（１０）を用いる放射線測定方法が提供される。当該放射線測定方法は、複数の検出器モジュール（１）を配置するステップと、複数の検出器モジュール（１）のそれぞれが、複数の検出器から得られるアナログ信号に対してアナログ−デジタル変換を行ってアナログ信号に対応するデジタル測定データを生成するステップと、複数の検出器モジュール（１）のそれぞれが、デジタル測定データからデジタル通信データを生成し、デジタル通信データを演算装置（２）に送信するステップと、演算装置（２）が、デジタル通信データに基づいて放射線源の空間分布を示す線源分布画像を生成するステップとを具備する。このような放射線測定方法では、放射線源の性質に応じて複数の検出器モジュール（１）を配置することにより、放射線源の性質の相違に対して柔軟に対応できる。
本発明によれば、放射線源の性質の相違に対して柔軟に対応できる放射線測定装置を提供することができる。
コンプトンカメラの原理、特に、電磁放射線の入射方向の特定の原理を示す図である。 コンプトンカメラの検出部の構成の一例を示す図である。 コンプトンカメラの検出部の構成の他の例を示す図である。 コンプトンカメラの検出部の構成の他の例を示す図である。 コンプトンカメラの検出部の構成の他の例を示す図である。 コンプトンカメラの検出部の構成の他の例を示す図である。 本発明の一実施形態の放射線測定装置の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態の放射線測定装置の構成の変形例を示すブロック図である。 一実施形態における検出器モジュールの構成の一例を示すブロック図である。 本実施形態における散乱体検出器及び吸収体検出器の構成の一例を示す平面図である。 本実施形態における散乱体検出器及び吸収体検出器の構成の一例を示す断面図である。 本実施形態における散乱体検出器及び吸収体検出器の構成の他の例を示す上面図である。 本実施形態における散乱体検出器及び吸収体検出器の構成の他の例を示す下面図である。 本実施形態における散乱体検出器及び吸収体検出器の構成の他の例を示す断面図である。 本実施形態における検出器モジュールの構成の一例を示す斜視図である。 本実施形態における検出器ボードの構成の一例を示す平面図である。 本実施形態における検出器ボードの構成の一例を示す平面図である。 本実施形態における検出器モジュールの配置の一例を示す概念図である。 本実施形態における検出器モジュールの配置の他の例を示す概念図である。 本実施形態における検出器モジュールの配置の他の例を示す概念図である。 本実施形態における検出器モジュールの配置の他の例を示す概念図である。 本実施形態における検出器モジュールの配置の他の例を示す概念図である。 検出器モジュールの構成の変形例を示す概念図である。 検出器モジュールの構成の変形例を示す概念図である。 本実施形態において、視野角を広くするための検出器モジュールの配置の例を示す概念図である。 本実施形態において、角度分解能を高くするための検出器モジュールの配置の例を示す概念図である。 本実施形態における線源分布画像の生成の手順を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態において、筐体に設けられた連結機構を用いた検出器モジュールの連結の一例を概念的に示す図である。 該実施形態における、筐体に設けられた連結機構を用いた検出器モジュールの連結の他の例を概念的に示す図である。
以下では、まず、本発明の技術的意義の理解を容易にするために、一般的なコンプトンカメラの課題について説明する。
図２は、コンプトンカメラの検出部１００の典型的な構成を概略的に示す図である。図２に図示されているように、コンプトンカメラの検出部１００には、典型的には、電磁放射線の入射側に散乱体検出器１０１が設けられ、後方に吸収体検出器１０２が設けられる。一般的には、散乱体検出器１０１におけるコンプトン散乱の発生確率を増加させるために複数の散乱体検出器１０１が設けられ、また、光電吸収による吸収確率を増加させるために複数の吸収体検出器１０２が設けられる。
しかしながら、このような構成のコンプトンカメラの検出部１００は、放射線源の性質の相違に対して柔軟に対応することが困難である。例えば、高エネルギーの電磁放射線を測定する場合には、図３に図示されているように、層方向に並べられる散乱体検出器１０１、吸収体検出器１０２の数が増加されることが望ましい。これは、高エネルギーの電磁放射線は、コンプトン散乱の発生確率及び光電吸収による吸収確率が低く、また、コンプトン散乱における散乱角が小さいためである。
その一方で、低エネルギーの電磁放射線を測定する場合には、図４に図示されているように、層方向に並べられる散乱体検出器１０１、吸収体検出器１０２の数が減少されると共に、吸収体検出器１０２が散乱体検出器１０１の後方のみならず、側方にも設けられることが望ましい。これは、低エネルギーの電磁放射線は、コンプトン散乱の発生確率及び光電吸収による吸収確率が高く、コンプトン散乱における散乱角が大きいからである。散乱体検出器１０１の側方に設けられた吸収体検出器１０２は、大きな散乱角で散乱した電磁放射線の光子を捕捉するために有用である。
更に、高フラックスの電磁放射線を測定する場合には、図５に図示されているように、層方向に並べられる散乱体検出器１０１、吸収体検出器１０２の数が減少されることが望ましい。一方、低フラックスの電磁放射線を測定する場合には、図６に図示されているように、高感度で電磁放射線を測定する場合には、層方向に並べられる散乱体検出器１０１、吸収体検出器１０２の数が増加されることが望ましい。
このように、コンプトンカメラの検出部１００の望ましい構成は、放射線源の性質に応じて異なっている。これは、逆に言えば、ある特定の構成の検出部１００で様々な性質の放射線源から放出される電磁放射線の測定を適正に行うことは困難であることを意味している。以下に述べられる本発明の実施形態では、このような問題に対処し、放射線源の性質の相違に柔軟に対応可能な放射線測定装置が提示される。
図７、図８は、本発明の一実施形態における放射線測定装置１０の構成を示すブロック図である。本実施形態では、放射線測定装置１０は、複数の検出器モジュール１と、演算装置２と、表示装置３とを備えている。複数の検出器モジュール１と演算装置２とは、通信可能に接続されている。一実施形態では、図７に図示されているように、複数の検出器モジュール１と演算装置２とは、有線回線、より具体的には、有線ネットワーク４（例えば、有線ＬＡＮ（local area network））を介して接続されてもよい。また、図８に図示されているように、複数の検出器モジュール１と演算装置２とは、無線通信（例えば、無線ＬＡＮ）によって接続されてもよい。複数の検出器モジュール１と演算装置２とが無線通信によって接続されることは、検出器モジュール１と演算装置２との間を配線で接続する必要をなくし、検出器モジュール１の配置の自由度を向上できる点で有用である。
各検出器モジュール１には、電離放射線を検出するための複数の検出器が搭載されている。後述されるように、各検出器モジュール１は、それに搭載された複数の検出器から出力されるアナログ信号に基づいて生成したデジタル通信データを演算装置２に送信するように構成されている。演算装置２は、各検出器モジュール１から受け取ったデジタル通信データに基づいて放射線源の空間的分布を示す画像である線源分布画像を生成し、該線源分布画像を表示装置３に表示する。
図９は、各検出器モジュール１の構成を概略的に示すブロック図である。各検出器モジュール１は、筐体１１と、受光部１２と、制御部１３とを備えている。受光部１２と制御部１３とは、筐体１１の内部に収容されている。
受光部１２は、電離放射線を検出する複数の検出器を備えている。本実施形態では、各検出器モジュール１に含まれる複数の検出器のうちの少なくとも一が、散乱体検出器１４であり、少なくとも一が吸収体検出器１５である。散乱体検出器１４は、散乱体となる検出器であり、コンプトン散乱を起こしやすくなるように、原子番号が小さい材料（例えば、シリコン）で形成される。散乱体検出器１４は、電磁放射線が入射したときにコンプトン散乱が発生した位置Ｘ１、及び、該コンプトン散乱によって反跳電子が得たエネルギーＥ１（即ち、該コンプトン散乱により電磁放射線が散乱体検出器１４において失ったエネルギー）の検出が可能であるように構成される。一方、吸収体検出器１５は、吸収体となる検出器であり、光電吸収を起こしやすくなるように原子番号が大きい材料（例えば、ＣｄＴｅ及びＣｄＺｎＴｅ）で形成される。吸収体検出器１５は、電磁放射線がコンプトン散乱後に光電吸収によって吸収体検出器１５に吸収された位置Ｘ２、及び、吸収体検出器１５に吸収された電磁放射線のエネルギーＥ２の検出が可能であるように構成される。
図９の構成では、各検出器モジュール１の受光部１２は、４つの散乱体検出器１４と、１つの吸収体検出器１５を備えている。ただし、受光部１２に含まれる散乱体検出器１４、吸収体検出器１５の数は、適宜に変更可能である。ただし、放射線測定装置１０の全体としては、少なくとも一つの散乱体検出器１４と、少なくとも一つの吸収体検出器１５が含まれる。
散乱体検出器１４としては、様々な構成の検出器が使用され得る。図１０Ａ、図１０Ｂは、ピクセル型検出器として構成されている場合の散乱体検出器１４の構成の一例を図示している。ここで、図１０Ａは、散乱体検出器１４の構成を示す平面図であり、図１０Ｂは、図１０ＡのＡ−Ａ断面における散乱体検出器１４の構成を示す断面図である。図１０Ａ、図１０Ｂの構成では、散乱体検出器１４が、半導体層２１と、半導体層２１の第１主面に行列に配置された複数の画素電極２２と、半導体層２１の第２主面（第１主面に対向する主面）のほぼ全体を被覆するように設けられた共通電極２３とを具備している。半導体層２１の各画素電極２２と共通電極２３とで挟まれた部分が、電磁放射線を検出する一つのセルを形成している。電磁放射線の測定においては、各セルに生成した電荷の量に対応するアナログ信号が散乱体検出器１４から出力される。散乱体検出器１４の半導体層２１は、コンプトン散乱を起こしやすい（即ち、原子番号が小さい）半導体材料、例えば、シリコンで形成される。画素電極２２及び共通電極２３は、半導体層２１がシリコンで形成される場合、例えば、アルミニウムで形成される。
図１１Ａ〜図１１Ｃは、ストリップ型検出器として構成された散乱体検出器１４の構成の一例を概念的に示す図である。ここで、図１１Ａは、散乱体検出器１４の構成を示す上面図であり、図１１Ｂは、散乱体検出器１４の構成を示す下面図であり、図１１Ｃは、Ｂ−Ｂ断面における散乱体検出器１４の構成を示す断面図である。図１１Ａ〜図１１Ｃに図示されている散乱体検出器１４の構成では、画素電極２２と共通電極２３の代わりに、半導体層２１の第１主面に形成された複数の第１ストリップ電極２４と、半導体層２１の第２主面に形成された複数の第２ストリップ電極２５とが用いられる。図１１Ａに図示されているように、第１ストリップ電極２４は、第１方向（図１１Ａでは、Ｙ軸方向）に延伸するように配置されており、第２ストリップ電極２５は、第１方向に垂直な第２方向（図１１Ｂでは、Ｘ軸方向）に延伸するように配置されている。半導体層２１の、一の第１ストリップ電極２４と、該第１ストリップ電極２４と交差する一の第２ストリップ電極２５とで挟まれた部分が、電磁放射線を検出する一つのセルを形成している。第１ストリップ電極２４をセルの選択に用いる場合、第１ストリップ電極２４で選択されたセルのそれぞれに生成した電荷の量に対応するアナログ信号が第２ストリップ電極２５から出力される。
吸収体検出器１５は、散乱体検出器１４と同様に構成される。ただし、吸収体検出器１５では、散乱体検出器１４と異なる材料の半導体層２１が使用される。より具体的には、吸収体検出器１５の半導体層２１は、光電吸収を起こしやすい（即ち、原子番号が大きい）半導体材料、例えば、ＣｄＴｅ又はＣｄＺｎＴｅで形成される。
図９を再度に参照して、制御部１３は、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）１６、１７と、デジタル処理部１８と、通信インタフェース１９とを備えている。ＡＳＩＣ１６は、散乱体検出器１４の各セルからアナログ信号を読み出し、該アナログ信号に対してアナログ−デジタル変換を行ってデジタル測定データを生成するアナログ信号処理部として動作する。各ＡＳＩＣ１６は、典型的には、散乱体検出器１４の各セルから読み出されたアナログ信号を積分する積分器として動作するプリアンプ１６ａと、該プリアンプ１６ａの出力に対してアナログ−デジタル変換を行ってデジタル測定データを生成するＡＤ変換器１６ｂとを備えている。
図９には、１つの散乱体検出器１４に対して１つのＡＳＩＣ１６が設けられている構成が図示されているが、実際の実装においては、各散乱体検出器１４が複数の領域に分割され、各領域に対して一つのＡＳＩＣ１６が設けられてもよい。この場合、該複数のＡＳＩＣ１６が、アナログ信号処理部として動作し、各ＡＳＩＣ１６は、対応する領域のセルから読み出したアナログ信号に対してアナログ−デジタル変換を行ってデジタル測定データを生成する。
ＡＳＩＣ１７は、吸収体検出器１５の各セルからアナログ信号を読み出し、該アナログ信号に対してアナログ−デジタル変換を行ってデジタル測定データを生成するアナログ信号処理部として動作する。ＡＳＩＣ１７は、典型的には、吸収体検出器１５の各セルから読み出されたアナログ信号を積分する積分器として動作するプリアンプ１７ａと、該プリアンプ１７ａの出力に対してアナログ−デジタル変換を行ってデジタル測定データを生成するＡＤ変換器１７ｂとを備えている。
図９には、１つの吸収体検出器１５に対して１つのＡＳＩＣ１７が設けられている構成が図示されているが、実際の実装においては、吸収体検出器１５が複数の領域（例えば、４つの領域）に分割され、各領域に対して一つのＡＳＩＣ１７が設けられてもよい。この場合、該複数のＡＳＩＣ１７が、アナログ信号処理部として動作し、各ＡＳＩＣ１７は、対応する領域のセルから読み出したアナログ信号に対してアナログ−デジタル変換を行ってデジタル測定データを生成する。
デジタル処理部１８は、２つの機能を有している。第１に、デジタル処理部１８は、所望のタイミングで散乱体検出器１４、吸収体検出器１５からアナログ信号を読み出してデジタル測定データを生成するようにＡＳＩＣ１６、１７を制御する。加えて、デジタル処理部１８は、ＡＳＩＣ１６、１７から受け取ったデジタル測定データから、演算装置２に送信するデジタル通信データを生成する。
一実施形態では、デジタル処理部１８は、ＡＳＩＣ１６、１７から受け取ったデジタル測定データを、そのまま纏めてデジタル通信データを生成する。デジタル処理部１８は、生成した該デジタル通信データを、通信インタフェース１９によって演算装置２に送信する。この場合、演算装置２は、受け取ったデジタル通信データに含まれているデジタル測定データに基づいて、散乱体検出器１４に入射した電磁放射線についてコンプトン散乱が発生した位置Ｘ１、該コンプトン散乱によって反跳電子が得たエネルギーＥ１、散乱後の電磁放射線が光電吸収によって吸収体検出器１５に吸収された位置Ｘ２、及び、吸収体検出器１５に吸収された電磁放射線のエネルギーＥ２を特定する。
他の実施形態では、デジタル処理部１８は、ＡＳＩＣ１６、１７から受け取ったデジタル測定データから、コンプトン散乱が発生した位置Ｘ１、該コンプトン散乱によって反跳電子が得たエネルギーＥ１、散乱後の電磁放射線が吸収体検出器１５に吸収された位置Ｘ２、及び、吸収体検出器１５に吸収された電磁放射線のエネルギーＥ２を特定する演算を行うように構成されてもよい。この場合、デジタル処理部１８は、位置Ｘ１、エネルギーＥ１、位置Ｘ２、及び、エネルギーＥ２を記述したデータを含むデジタル通信データを生成し、生成した該デジタル通信データを通信インタフェース１９によって演算装置２に送信する。
通信インタフェース１９は、デジタル処理部１８によって生成されたデジタル通信データを演算装置２に送信し、また、演算装置２から送られてくる制御データ（例えば、複数の検出器モジュール１の時間同期を確立するための同期データ）を、デジタル処理部１８に転送する。通信インタフェース１９と演算装置２の間の通信は、図７に図示されているように、有線ネットワーク４によって行われてもよいし、また、図８に図示されているように、無線通信によって行われてもよい。
図１２Ａは、各検出器モジュール１の実装の例を示す斜視図であり、図１２Ｂ、図１２Ｃは、それぞれ、散乱体検出器１４及び吸収体検出器１５が実装された検出器ボードの構成を示す平面図である。図１２Ａに図示されているように、本実施形態では、筐体１１が、台座３１を有しており、台座３１の上に、検出器ボード３２、３３が順次に積層されている。検出器ボード３２、３３は、台座３１から検出器ボード３２、３３の積層方向に延伸する支持部材３４、３５により、筐体１１内の所望の位置に固定される。加えて、台座３１には、上述のデジタル処理部１８と通信インタフェース１９とが搭載される（図１２Ａには図示されない）。
図１２Ｂに図示されているように、各検出器ボード３２は、散乱体検出器１４と、該散乱体検出器１４に接続されたＡＳＩＣ１６とを搭載する基板３６を備えている。本実施形態では、各散乱体検出器１４が４つの領域に区分され、該４つの領域に対応して４つのＡＳＩＣ１６が設けられる。即ち、各検出器ボード３２には、１つの散乱体検出器１４と、４つのＡＳＩＣ１６とが設けられる。各ＡＳＩＣ１６は、配線３７を介して散乱体検出器１４の対応する領域に接続されており、対応する領域のセルから読み出したアナログ信号に対してアナログ−デジタル変換を行ってデジタル測定データを生成する。ＡＳＩＣ１６は、更に、配線３８を介してデジタル処理部１８に接続される。図１２Ａに図示された構成では、各検出器モジュール１の受光部１２に含まれる散乱体検出器１４の数が４であり、よって、検出器ボード３２の数も４である。
検出器ボード３３は、散乱体検出器１４の代わりに吸収体検出器１５を搭載していることを除けば、検出器ボード３２と同様の構成を有している。図１２Ｃに図示されているように、検出器ボード３３は、吸収体検出器１５と、該吸収体検出器１５に接続されたＡＳＩＣ１７とを搭載する基板３９を備えている。本実施形態では、各吸収体検出器１５が４つの領域に区分され、該４つの領域に対応して４つのＡＳＩＣ１７が設けられる。即ち、各基板３９には、１つの吸収体検出器１５と、４つのＡＳＩＣ１７とが設けられる。各ＡＳＩＣ１７は、対応する領域のセルから読み出したアナログ信号に対してアナログ−デジタル変換を行ってデジタル測定データを生成する。各ＡＳＩＣ１７は、配線４０を介して吸収体検出器１５の対応するセルに接続されており、対応する領域のセルから読み出したアナログ信号に対してアナログ−デジタル変換を行ってデジタル測定データを生成する。ＡＳＩＣ１７は、更に、配線４１を介してデジタル処理部１８に接続される。図１２Ａに図示された構成では、各検出器モジュール１の受光部１２に含まれる吸収体検出器１５の数が１であり、よって、検出器ボード３３の数も１である。
本実施形態では、上述された構成の検出器モジュール１を複数用いて電磁放射線の測定、より具体的には、放射線源の空間的分布を示す画像である線源分布画像が生成される。複数の検出器モジュール１を用いて電磁放射線の測定を行う場合の一つの問題は、複数の検出器モジュール１の間の時間的な同期の確立である。複数の検出器モジュール１が用いられる本実施形態の放射線測定装置１０では、異なる検出器モジュール１で電磁放射線のコンプトン散乱と光電吸収が発生するという事態が生じ得る。この場合、当該コンプトン散乱と光電吸収が同一の光子について発生したイベントであるか否か（即ち、電磁放射線の同一の光子に対して行われたコンプトン散乱と光電吸収なのか）を判断する必要がある。このためには、複数の検出器モジュール１が時間的に同期して動作していることが必要である。以下に述べられるように、本実施形態では、複数の検出器モジュール１を時間的に同期して動作させることで、様々な要求に対応可能な（即ち、様々な用途に適用できる）放射線測定装置１０が実現されている。
詳細には、本実施形態では、各検出器モジュール１のデジタル処理部１８と演算装置２とが、時間同期を確立可能であるように構成される。詳細には、図９に図示されているように、デジタル処理部１８は、現在時刻を示す現在時刻データを逐次に出力する時間同期回路１８ａを備えている。一方、演算装置２は同期データ（例えば、演算装置２のシステムクロック又はハードウェアクロックから得られる時刻データ）を有線通信又は無線通信によって各検出器モジュール１に配信する。時間同期回路１８ａは、通信インタフェース１９を介して演算装置２から同期データを受け取り、該同期データに同期して現在時刻データを生成する。デジタル処理部１８は、該現在時刻データに同期してＡＳＩＣ１６、１７を制御すると共に、時間同期回路１８ａから出力された現在時刻データに基づいて生成される測定時刻データをデジタル通信データに含めて演算装置２に送信する。ここで、測定時刻データとは、現在時刻データに同期して（即ち、同期データに同期して）生成されるデータであり、電磁放射線の測定が行われた時刻（即ち、当該デジタル通信データの生成に用いられたデジタル測定データの元になるアナログ信号がＡＳＩＣ１６、１７に入力された時刻）を示す。このような動作により、各検出器モジュール１の時間同期回路１８ａの同期が実現され、演算装置２は、デジタル通信データに含まれる測定時刻データを参照して、ある散乱体検出器１４で発生したコンプトン散乱と、ある吸収体検出器１５で発生した光電吸収が、同一イベントに属するか否かを判断することができる。
なお、同期データを演算装置２から各検出器モジュール１に配信する代わりに、同期信号（例えば、クロック信号）を伝送する信号線が各検出器モジュール１と演算装置２との間に接続され、各検出器モジュール１の時間同期回路１８ａが該同期信号によって同期されてもよい。この場合、現在時刻データ及び測定時刻データは、該同期信号に同期して生成される。
続いて、本実施形態の放射線測定装置１０における電磁放射線の測定、より具体的には、線源分布画像の生成について説明する。以下の説明においては、各検出器モジュール１に含まれる散乱体検出器１４及び吸収体検出器１５の数が同一であるとして、より具体的には、検出器モジュール１が、いずれも、４つの散乱体検出器１４と１つの吸収体検出器１５を有しているとして説明する（なお、検出器モジュール１に含まれる散乱体検出器１４、吸収体検出器１５の変形例については後述する）。
本実施形態における電磁放射線の測定に際しては、放射線源から放射される電磁放射線が複数の検出器モジュール１に入射するように複数の検出器モジュール１が配置される。検出器モジュール１の配置は、放射線源の性質及び測定の目的に合わせて決定される。
図１３〜図１７は、検出器モジュール１の配置の例を示す図である。図１３に図示されているように、高エネルギーの電磁放射線を放射する放射線源５０Ａについて測定を行う場合には、層方向に並ぶ散乱体検出器１４及び吸収体検出器１５の数が増大されるように複数の検出器モジュール１が配置される。より具体的には、複数の検出器モジュール１が、散乱体検出器１４及び吸収体検出器１５の層方向（図１３におけるＺ軸方向）に並べて配置される。図１３に図示されている配置によれば、コンプトン散乱の発生確率及び光電吸収による吸収確率が低く、コンプトン散乱における散乱角が小さい高エネルギーの電磁放射線の検出感度を高くすることができる。
また、図１４に図示されているように、空間的に広く分布しており、且つ、低エネルギーの電磁放射線を放射する放射線源５０Ｂについて測定を行う場合には、複数の検出器モジュール１が、散乱体検出器１４及び吸収体検出器１５の層方向（図１４におけるＺ軸方向）と垂直な方向に並べて配置される。低エネルギーの電磁放射線を測定する場合には、層方向に並ぶ散乱体検出器１４及び吸収体検出器１５の数は少なくてもよい。その一方で、複数の検出器モジュール１を、散乱体検出器１４及び吸収体検出器１５の層方向と垂直な方向に並べて配置することで、電磁放射線を測定する検出器の実効的な面積を増大させることができる。図１４では、検出器モジュール１がＸ軸方向に並んで配置されているように図示されているが、実際には、検出器モジュール１は、ＸＹ平面に平行な面内に行列に並んで配置されてもよい。
更に、図１５に図示されているように、低エネルギーの電磁放射線を放射する放射線源５０Ｃについての測定を高効率で行う場合には、特定の検出器モジュール１（図１５では、符号１Ａで示されている）の周囲に、向きが異なる検出器モジュール１（図１５では、符号１Ｂで示されている）が並べて配置されてもよい。より厳密には、複数の検出器モジュール１は、ある特定の検出器モジュール１Ａの少なくとも一の散乱体検出器１４の半導体層２１の表側主面（放射線源５０Ｃに面する主面）が位置する平面が、その周囲にある検出器モジュール１Ｂの少なくとも一の吸収体検出器１５の半導体層２１の表側主面と交差するように配置される。低エネルギーの電磁放射線は、コンプトン散乱の散乱角θが大きくなるが、図１５に図示されているような配置によれば、検出器モジュール１Ａの散乱体検出器１４で散乱された電磁放射線を、その周囲に位置する検出器モジュール１Ｂの吸収体検出器１５で効率よく検出することができる。
また、図１６に図示されているように、放射線源５０Ｄの分布が事前にある程度判明している場合には、放射線源５０Ｄを取り囲むように複数の検出器モジュール１が配置されてもよい。
更に、図１７に図示されているように、３次元的に分布する放射線源５０Ｅについて３次元的な線源分布画像を得ようとする場合、複数の検出器モジュール１が分散して配置されてもよい。この場合、各検出器モジュール１において得られるデジタル測定データから、ステレオ視の原理により、３次元的な線源分布画像を得ることができる。
上述された本実施形態の図１３〜図１７の説明においては、検出器モジュール１の構成が同一であるとされている。言い換えれば、検出器モジュール１に含まれる散乱体検出器１４及び吸収体検出器１５の数が、検出器モジュール１の間で同一であるとされている（即ち、全ての検出器モジュール１が、４つの散乱体検出器１４と１つの吸収体検出器１５とを備えているとされている）。
しかしながら、検出器モジュール１に含まれる散乱体検出器１４及び吸収体検出器１５の数は、検出器モジュール１の間で相違していてもよい。また、図１８Ａに図示されているように、複数の散乱体検出器１４を有している一方で吸収体検出器１５を含まない検出器モジュール１Ｅが、放射線測定装置１０の複数の検出器モジュール１に含まれていてもよい。更に、図１８Ｂに図示されているように、複数の吸収体検出器１５を有している一方で、散乱体検出器１４を含まない検出器モジュール１Ｆが放射線測定装置１０の複数の検出器モジュール１に含まれていてもよい。ただし、放射線測定装置１０の全体としては、少なくとも一つの散乱体検出器１４と、少なくとも一つの吸収体検出器１５が含まれる。検出器モジュール１に含まれる散乱体検出器１４及び吸収体検出器１５の数が検出器モジュール１の間で相違していても、検出器モジュール１を適正に配置すれば、放射線源の性質の相違に対して柔軟に対応しながら電離放射線の測定を行うことができる。
ただし、図１３〜図１７から理解されるように、本実施形態の放射線測定装置１０では、検出器モジュール１の構成が同一であっても様々な放射線源の性質に合わせた測定を行うことができる。このような利点を生かしながら検出器モジュール１のコストを低減する観点では、検出器モジュール１の構成が同一であることが好ましい。
その一方で、複数の散乱体検出器１４を有している一方で吸収体検出器１５を含まない検出器モジュール１Ｅ（図１８Ａ参照）と、複数の吸収体検出器１５を有している一方で、散乱体検出器１４を含まない検出器モジュール１Ｆ（図１８Ｂ参照）を用いる場合には、検出器モジュール１Ｅと検出器モジュール１Ｆとの距離を適切に調節することで、視野角（ＦＯＶ：field of view）や角度分解能を調節できるという利点がある。
図１９Ａは、視野角を大きくするための検出器モジュール１（１Ｅ、１Ｆ）の配置の例を示す図である。視野角を大きくするためには、散乱体検出器１４が設けられた検出器モジュール１Ｅと、吸収体検出器１５が設けられた検出器モジュール１Ｆの間の距離が小さくなるように検出器モジュール１Ｅ、１Ｆが配置される。このような配置では、散乱角θが比較的大きい場合（例えば、図１９Ａの散乱角θ２、θ３）についても電磁放射線を検出できるので、結果として、視野角が大きくなる。ただし、検出器モジュール１Ｅ、１Ｆの距離が小さい配置では、散乱角θの角度分解能は低下してしまう。
一方、図１９Ｂは、散乱角θの角度分解能を高くための検出器モジュール１（１Ｅ、１Ｆ）の配置の例を示す図である。角度分解能を高くするためには、散乱体検出器１４が設けられた検出器モジュール１Ｅと、吸収体検出器１５が設けられた検出器モジュール１Ｆの間の距離が大きくなるように検出器モジュール１Ｅ、１Ｆが配置される。検出器モジュール１Ｅ、１Ｆの距離が大きい配置では、散乱角θが比較的大きい場合（例えば、図１９Ａの散乱角θ２、θ３）には電磁放射線を検出できない。しかしながら、図１９Ｂの配置では、散乱角θを細かく特定できるので、散乱角θの角度分解能を向上させることができる。
各検出器モジュール１が所望の位置に配置された後、電磁放射線の測定、即ち、放射線源の空間的分布を示す線源分布画像の生成が行われる。図２０は、本実施形態における線源分布画像の生成の手順を示すフローチャートである。
まず、検出器モジュール１の配置を示すモジュール配置データが演算装置２に設定される（ステップＳ０１）。例えば図１３〜図１７、図１９Ａ、図１９Ｂに図示されているように、本実施形態の放射線測定装置１０は、複数の検出器モジュール１の配置が様々に変更され得るが、線源分布画像を得るためには、各検出器モジュール１の位置（言い換えれば、散乱体検出器１４及び吸収体検出器１５それぞれの位置）が演算装置２に与えられる必要がある。ステップＳ０１は、各検出器モジュール１の位置を演算装置２に認識させるために行われる。
一実施形態では、モジュール配置データの設定は、測定モードを設定することで行ってもよい。詳細には、検出器モジュール１の配置に対応した複数の測定モードが用意され、更に、測定モードのそれぞれに対応する複数のモジュール配置データが用意される。演算装置２のユーザインタフェースを用いて測定モードがユーザにより選択されると、選択された測定モードに対応するモジュール配置データが選択され、実際に用いられるモジュール配置データとして演算装置２に設定される。ある特定の配置で検出器モジュール１が配置されたときに演算装置２のユーザインタフェースを介して該配置に対応する測定モードを選択することで、適正なモジュール配置データを演算装置２に設定することができる。
また、検出器モジュール１の配置を示すモジュール配置データが演算装置２に入力されてもよい。例えば、ユーザが、演算装置２のユーザインタフェースを用いてモジュール配置データを演算装置２に入力してもよい。また、各検出器モジュール１がそれぞれの位置を検出する機能を有している場合には、各検出器モジュール１自身がそれぞれの位置を検出し、それぞれの位置を示す位置データを演算装置２に送信してもよい。この場合、該位置データの集合がモジュール配置データとして演算装置２に設定される。
更に、電磁放射線のデジタル測定データの採取が行われる（ステップＳ０２）。より具体的には、各検出器モジュール１のＡＳＩＣ１６、１７により、散乱体検出器１４、吸収体検出器１５からアナログ信号が逐次に読み出され、読み出されたアナログ信号に対応するデジタル測定データが生成される。ある散乱体検出器１４のあるセルにおいてコンプトン散乱が発生した場合、コンプトン散乱が発生したセルにおいて電荷が発生し、発生した電荷の量に応じたアナログ信号が生成される。また、ある吸収体検出器１５のあるセルにおいて光電吸収が発生した場合、光電吸収が発生したセルにおいて電荷が発生し、電荷の発生量に応じたアナログ信号が生成される。生成したアナログ信号に対してアナログ−デジタル変換が行われてデジタル測定データが生成される。
更に、コンプトンコーンの再構成に必要なデータが算出される（ステップＳ０３）。一実施形態では、ＡＳＩＣ１６、１７によって生成されたデジタル測定データがデジタル通信データに組み込まれて演算装置２に送られる。演算装置２は、デジタル通信データに含まれるデジタル測定データを解析し、下記の演算を行う：
（１）散乱体検出器１４においてある光子のコンプトン散乱が発生し、その後、該コンプトン散乱で散乱された光子が吸収体検出器１５に光電吸収によって吸収されるイベントの発生の検出。
（２）各イベントにおける、当該散乱体検出器１４においてコンプトン散乱が発生した位置Ｘ１、該コンプトン散乱で反跳電子が得たエネルギーＥ１、当該吸収体検出器１５において光電吸収が発生した位置Ｘ２、及び、光電吸収によって吸収された光子のエネルギーＥ２の算出。
（３）各イベントにおける、該コンプトン散乱における電磁放射線の散乱角θの算出。
電磁放射線の散乱角θの算出は、下記の式（２）、又は、下記式（２）と等価な式に基づいて行われる：
Figure 0006485910
 ここで、ｍｅは、電子の静止質量であり、ｃは、光速である。ここで、放射線源から放出される電磁放射線の光子のエネルギーＥｉｎが既知である場合には、エネルギーＥ１、Ｅ２の算出においては、下記式（３）で表される関係を用いてもよい：
Ｅｉｎ＝Ｅ１＋Ｅ２ ・・・（３）
このようにして得られたコンプトン散乱が発生した位置Ｘ１、該コンプトン散乱で反跳電子が得たエネルギーＥ１、光電吸収が発生した位置Ｘ２、光電吸収によって吸収された光子のエネルギーＥ２、及び、電磁放射線の散乱角θから、各イベントについてコンプトンコーンを再構成することができる。
散乱体検出器１４においてコンプトン散乱が発生し、該コンプトン散乱で散乱された光子が吸収体検出器１５に光電吸収によって吸収されるイベントの発生の検出においては、あるコンプトン散乱とある光電吸収とが同一の光子について発生したイベントであるか否かの判断が必要である。ここで留意すべきことは、本実施形態の放射線測定装置１０では、例えば図１３、図１５、図１９Ａ、図１９Ｂに図示されているように、コンプトン散乱が発生した散乱体検出器１４が属する検出器モジュール１（第１検出器モジュール）と、該コンプトン散乱で散乱された光子の光電吸収が発生した吸収体検出器１５が属する検出器モジュール（第２検出器モジュール）とが異なる場合があり得る点である。異なる検出器モジュール１でコンプトン散乱と光電吸収が発生しても、当該コンプトン散乱と当該光電吸収とが同一イベントに属することを適正に判断することが望ましい。
この問題に対処するために、一実施形態では、あるコンプトン散乱とある光電吸収とが同一の光子について発生したイベントであるか否かの判断が、デジタル通信データに含まれる測定時刻データに基づいて行われてもよい。コンプトン散乱の発生と光電吸収の発生は、実質的に（即ち、アナログ信号処理やデジタルデータ処理に必要な時間との比較においては）、ほぼ同時であると考えてよい。一実施形態では、コンプトン散乱の発生が検出されたデジタル測定データに付された測定時刻データと、光電吸収の発生が検出されたデジタル測定データに付された測定時刻データに示されている時刻が同一である（又は、測定時刻データに示されている時刻の差が、極めて短時間である所定時間より小さい）場合に、コンプトン散乱の発生が検出された散乱体検出器１４が属する検出器モジュール１と、光電吸収の発生が検出された吸収体検出器１５が属する検出器モジュール１とが異なる場合でも、演算装置２が、当該コンプトン散乱と当該光電吸収とが同一の光子について発生したイベントに属すると判断してもよい。
あるコンプトン散乱とある光電吸収とが同一の光子について発生したイベントであるか否かの判断においては、デジタル通信データに含まれる測定時刻データに加え、モジュール配置データに示されている検出器モジュール１の配置が参照されてもよい。例えば、コンプトン散乱が発生した散乱体検出器１４と光電吸収が発生した吸収体検出器１５が異なる検出器モジュール１に含まれているとき、該異なる検出器モジュール１が近接して配置されており、且つ、コンプトン散乱の発生が検出されたデジタル測定データに付された測定時刻データと、光電吸収の発生が検出されたデジタル測定データに付された測定時刻データに示されている時刻が同一である（又は、測定時刻データに示されている時刻の差が、極めて短時間である所定時間より小さい）場合に、演算装置２は、当該コンプトン散乱と当該光電吸収とが同一の光子について発生したイベントであると判断してもよい。ただし、複数の検出器モジュール１が集まって配置される場合には、演算装置２は、モジュール配置データに無関係に、コンプトン散乱の発生が検出されたデジタル測定データに付された測定時刻データと、光電吸収の発生が検出されたデジタル測定データに付された測定時刻データに示されている時刻が同一である（又は、測定時刻データに示されている時刻の差が、極めて短時間である所定時間より小さい）場合に、当該コンプトン散乱と当該光電吸収とが同一の光子について発生したイベントに属すると判断してもよい。
また、当該散乱体検出器１４においてコンプトン散乱が発生した位置Ｘ１、該コンプトン散乱で反跳電子が得たエネルギーＥ１、当該吸収体検出器１５において光電吸収が発生した位置Ｘ２、及び、光電吸収によって吸収された光子のエネルギーＥ２の算出が、各検出器モジュール１のデジタル処理部１８によって行われてもよい。この場合、コンプトン散乱が発生した位置Ｘ１、該コンプトン散乱で反跳電子が得たエネルギーＥ１、光電吸収が発生した位置Ｘ２、光電吸収によって吸収された光子のエネルギーＥ２、及び、測定時刻データを含むデジタル通信データがデジタル処理部１８によって生成され、該デジタル通信データが、演算装置２に送信される。このような構成は、デジタル通信データの通信量の低減のために有効である。デジタル通信データの通信量の低減は、有線ネットワーク４を用いてデジタル通信データを演算装置２に送信する場合、無線ＬＡＮを用いてデジタル通信データを演算装置２に送信する場合のいずれにおいても有用である。
この場合、演算装置２は、デジタル通信データに含まれる測定時刻データに基づいて、散乱体検出器１４においてコンプトン散乱が発生し、該コンプトン散乱で散乱された光子が吸収体検出器１５に光電吸収によって吸収されるイベントの発生を検出し、更に、各イベントにおける、コンプトン散乱における電磁放射線の散乱角θの算出を行う。演算装置２に送信されたデジタル通信データから各イベントにおけるコンプトン散乱が発生した位置Ｘ１、該コンプトン散乱で反跳電子が得たエネルギーＥ１、光電吸収が発生した位置Ｘ２、光電吸収によって吸収された光子のエネルギーＥ２を得ることができるから、各イベントについての電磁放射線の散乱角θの算出においては、これらの情報が用いられる。このようにして得られたコンプトン散乱が発生した位置Ｘ１、該コンプトン散乱で反跳電子が得たエネルギーＥ１、光電吸収が発生した位置Ｘ２、光電吸収によって吸収された光子のエネルギーＥ２、及び、電磁放射線の散乱角θから、各イベントについてコンプトンコーンを再構成することができる。
演算装置２は、更に、ステップＳ０３において得られた情報（例えば、位置Ｘ１、Ｘ２、エネルギーＥ１、Ｅ２、散乱角θ）に基づいて、放射線源の空間的分布を示す線源分布画像を作成する（ステップＳ０４）。詳細には、演算装置２は、各イベントにおけるコンプトン散乱が発生した位置Ｘ１、該コンプトン散乱で反跳電子が得たエネルギーＥ１、光電吸収が発生した位置Ｘ２、光電吸収によって吸収された光子のエネルギーＥ２、及び、電磁放射線の散乱角θから、各イベントについてコンプトンコーンを再構成する。更に、演算装置２は、再構成したコンプトンコーンの重ね合わせに対応する画像を、放射線源１０３の空間的分布を示す線源分布画像として生成する。生成された線源分布画像は、演算装置２のユーザインタフェースに対するユーザによる操作に応じて、表示装置３に表示される。
図１７に図示されているように、各検出器モジュール１が、ステレオ視の原理によって３次元的な線源分布画像を得るために分散して配置される場合には、演算装置２は、各検出器モジュール１において得られるデジタル測定データから各検出器モジュール１について個別にコンプトンコーンを再構成し、再構成されたコンプトンコーンとモジュール配置データとから、ステレオ視の原理によって３次元的な線源分布画像を生成してもよい。言い換えれば、演算装置２は、各検出器モジュール１について個別にコンプトンコーンを再構成されたコンプトンコーンとモジュール配置データとから、ステレオ視の原理によって放射線源の位置を特定してもよい。この場合、演算装置２は、特定した放射線源の位置に基づいて、放射線源の線源強度を算定してもよい。
以上に説明されている本実施形態の放射線測定装置１０の一つの利点は、放射線源の性質の相違や測定の目的に対して柔軟に対応しながら電離放射線の測定を行うことができる点である。本実施形態の放射線測定装置１０は、複数の検出器モジュール１を含んでいる。該検出器モジュール１の配置を、例えば図１３〜図１７、図１９Ａ、図１９Ｂに図示されているように放射線源の性質及び測定の目的に合わせて決定することで、本実施形態の放射線測定装置１０は、放射線源の性質の相違に対して柔軟に対応しながら電離放射線の測定を行うことができる。
ここで、本実施形態の放射線測定装置１０においては、電磁放射線の測定の間、検出器モジュール１の間の相対的な位置関係が確実に保持されることが望ましい。電磁放射線の測定の間に検出器モジュール１の間の相対的な位置関係が変化すると、コンプトン散乱が発生した位置や光電吸収が発生した位置を正確に特定することができなくなるためである。
検出器モジュール１の間の相対的な位置関係を確実に保持するためには、各検出器モジュール１の筐体１１に、他の検出器モジュール１の筐体１１と連結するための連結機構が設けられることが好ましい。図２１Ａは、このような構成の検出器モジュール１を概念的に示す図である。図２１Ａに図示されているように、各検出器モジュール１の筐体１１には連結機構１１ａが設けられている。隣接する検出器モジュール１の筐体１１は、それぞれに設けられた連結機構１１ａによって連結される。図２１Ａでは、検出器モジュール１は、連結機構１１ａにより、散乱体検出器１４と吸収体検出器１５の層方向（図２０ＡのＺ軸方向）に並んで連結されている。連結機構１１ａを用いることにより、検出器モジュール１の間の相対的な位置関係を確実に保持することができる。
筐体１１に設けられる連結機構１１ａは、隣接する検出器モジュール１を、散乱体検出器１４と吸収体検出器１５の層方向（図２１ＡのＺ軸方向）と層方向と垂直な方向（図２１ＡのＸ軸方向）の両方に連結可能に構成されることが好ましい。図２１Ｂは、該連結機構１１ａにより、散乱体検出器１４と吸収体検出器１５の層方向と垂直な方向に並んで連結された検出器モジュール１を概念的に示す図である。図２１Ｂでは、検出器モジュール１がＸ軸方向に並んで配置されているように図示されているが、実際には、検出器モジュール１は、ＸＹ平面に平行な面内に行列に並んで連結されてもよい。
以上には、本発明の実施形態が様々に記載されているが、本発明は、上記の実施形態には限定されない。本発明が、様々な変更と共に実施され得ることは、当業者には自明的であろう。
１０ ：放射線測定装置
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ：検出器モジュール
２ ：演算装置
３ ：表示装置
４ ：有線ネットワーク
１１ ：筐体
１１ａ ：連結機構
１２ ：受光部
１３ ：制御部
１４ ：散乱体検出器
１５ ：吸収体検出器
１６、１７ ：ＡＳＩＣ
１６ａ、１７ａ：プリアンプ
１６ｂ、１７ｂ：ＡＤ変換器
１８ ：デジタル処理部
１８ａ ：時間同期回路
１９ ：通信インタフェース
２１ ：半導体層
２２ ：画素電極
２３ ：共通電極
２４ ：第１ストリップ電極
２５ ：第２ストリップ電極
３１ ：台座
３２ ：検出器ボード
３３ ：検出器ボード
３４ ：支持部材
３５ ：支持部材
３６、３９ ：基板
３７、３８、４０、４１：配線
５０Ａ〜５０Ｆ：放射線源
１００ ：検出部
１０１ ：散乱体検出器
１０２ ：吸収体検出器
１０３ ：放射線源
１０４ ：コンプトンコーン

Claims (11)

  1. 複数の検出器モジュールと、
    演算装置と
    を具備し、
    前記複数の検出器モジュールのそれぞれは、
    複数の検出器と、
    前記複数の検出器に対応して設けられ、対応する前記検出器から得られるアナログ信号に対してアナログ−デジタル変換を行って前記アナログ信号に対応するデジタル測定データを生成する複数のアナログ信号処理部と、
    前記デジタル測定データから生成されたデジタル通信データを前記演算装置に送信するデジタル処理部と
    を含み、
    前記複数の検出器のそれぞれは、電磁放射線を散乱する散乱体として機能する散乱体検出器、又は、電磁放射線を吸収する吸収体として機能する吸収体検出器のいずれかであり、
    当該放射線測定装置に含まれる前記検出器のうちの少なくとも一は、散乱体検出器であり、
    当該放射線測定装置に含まれる前記検出器のうちの少なくとも一は、吸収体検出器であり、
    前記演算装置は、前記デジタル通信データに基づいて、放射線源の空間分布を示す線源分布画像を生成するように構成され、
    前記演算装置は、前記複数の検出器モジュールのうちの第１検出器モジュールの散乱体検出器でコンプトン散乱が発生し、前記コンプトン散乱で散乱された光子が前記複数の検出器モジュールのうちの第２検出器モジュールの吸収体検出器において吸収される光電吸収が発生するイベントの発生を、前記デジタル通信データに基づいて検出した場合、前記イベントに対応するコンプトンコーンの再構成を行い、前記コンプトンコーンに基づいて前記線源分布画像を生成する
    放射線測定装置。
  2. 請求項１に記載の放射線測定装置であって、
    前記演算装置は、前記複数の検出器モジュールのそれぞれに同期データ又は同期信号を供給し、
    前記複数の検出器モジュールのそれぞれは、前記同期データ又は同期信号に同期して生成された測定時刻データを含むように前記デジタル通信データを生成し、
    前記演算装置は、前記測定時刻データに基づいて、前記第１検出器モジュールの散乱体検出器で前記コンプトン散乱が発生し、前記第２検出器モジュールの吸収体検出器において前記コンプトン散乱で散乱された光子が吸収される前記光電吸収が発生する前記イベントの発生を検出する
    放射線測定装置。
  3. 請求項１に記載の放射線測定装置であって、
    前記複数の検出器モジュールのそれぞれの前記デジタル処理部は、前記複数の検出器のうちの前記散乱体検出器においてコンプトン散乱が発生した散乱位置及び前記コンプトン散乱において反跳電子に与えられたエネルギーである第１エネルギーを前記デジタル測定データに基づいて特定し、前記散乱位置及び前記第１エネルギーを記述したデータを含むように前記デジタル通信データを生成するように構成された
    放射線測定装置。
  4. 請求項１に記載の放射線測定装置であって、
    前記複数の検出器モジュールのそれぞれの前記デジタル処理部は、前記複数の検出器のうちの前記吸収体検出器において光電吸収が発生した吸収位置及び前記光電吸収において吸収されたエネルギーである第２エネルギーを前記デジタル測定データに基づいて特定し、前記吸収位置及び前記第２エネルギーを記述したデータを含むように前記デジタル通信データを生成するように構成された
    放射線測定装置。
  5. 請求項１に記載の放射線測定装置であって、
    前記複数の検出器モジュールのそれぞれに含まれる前記複数の検出器の少なくとも一は、前記散乱体検出器であり、
    前記複数の検出器モジュールのそれぞれに含まれる前記複数の検出器の少なくとも一は、前記吸収体検出器である
    放射線測定装置。
  6. 請求項５に記載の放射線測定装置であって、
    前記複数の検出器モジュールのそれぞれの前記デジタル処理部は、前記複数の検出器のうちの前記散乱体検出器においてコンプトン散乱が発生した散乱発生位置及び前記コンプトン散乱において反跳電子に与えられたエネルギーである第１エネルギーを前記デジタル測定データに基づいて特定し、前記複数の検出器のうちの前記吸収体検出器への光電吸収が発生した吸収位置及び前記光電吸収において吸収されたエネルギーである第２エネルギーを前記デジタル測定データに基づいて特定し、且つ、前記散乱発生位置、前記第１エネルギー、前記吸収位置及び前記第２エネルギーを記述したデータを含むように前記デジタル通信データを生成するように構成された
    放射線測定装置。
  7. 請求項５又は６に記載の放射線測定装置であって、
    前記複数の検出器モジュールに含まれる前記散乱体検出器の数が同一であり、
    前記複数の検出器モジュールに含まれる前記吸収体検出器の数が同一である
    放射線測定装置。
  8. 請求項７に記載の放射線測定装置であって、
    前記複数の検出器モジュールが、同一の構成を有している
    放射線測定装置。
  9. 請求項１乃至８のいずれかに記載の放射線測定装置であって、
    前記複数の検出器モジュールのそれぞれの前記デジタル処理部は、無線通信によって前記演算装置に前記デジタル通信データを送信する
    放射線測定装置。
  10. 請求項１乃至９のいずれかに記載の放射線測定装置であって、
    前記複数の検出器モジュールのそれぞれは、前記複数の検出器と、前記複数のアナログ信号処理部と、前記デジタル処理部とを収容する筐体を具備し、
    前記複数の検出器モジュールのそれぞれの前記筐体は、他の検出器モジュールの前記筐体と連結する連結機構を有している
    放射線測定装置。
  11. それぞれが複数の検出器を備えた複数の検出器モジュールと演算装置とを備える放射線測定装置を用いる放射線測定方法であって、
    前記複数の検出器のそれぞれが、電磁放射線をコンプトン散乱によって散乱する散乱体として機能する散乱体検出器、又は、電磁放射線を吸収する吸収体として機能する吸収体検出器のいずれかであり、
    前記放射線測定装置に含まれる前記検出器のうちの少なくとも一は、前記散乱体検出器であり、前記放射線測定装置に含まれる前記検出器のうちの少なくとも一は、前記吸収体検出器であり、
    前記複数の検出器モジュールを配置するステップと、
    前記複数の検出器モジュールのそれぞれが、前記複数の検出器から得られるアナログ信号に対してアナログ−デジタル変換を行って前記アナログ信号に対応するデジタル測定データを生成するステップと、
    前記複数の検出器モジュールのそれぞれが、前記デジタル測定データからデジタル通信データを生成し、前記デジタル通信データを前記演算装置に送信するステップと、
    前記演算装置が、前記デジタル通信データに基づいて放射線源の空間分布を示す線源分布画像を生成するステップと
    を具備し、
    前記線源分布画像を生成するステップにおいて、
    前記演算装置は、前記複数の検出器モジュールのうちの第１検出器モジュールの散乱体検出器でコンプトン散乱が発生し、前記コンプトン散乱で散乱された光子が前記複数の検出器モジュールのうちの第２検出器モジュールの吸収体検出器において吸収される光電吸収が発生するイベントの発生を、前記デジタル通信データに基づいて検出した場合、前記イベントに対応するコンプトンコーンの再構成を行い、前記コンプトンコーンに基づいて前記線源分布画像を生成する
    放射線測定方法。
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