JP6610135B2

JP6610135B2 - Radiation detector controller

Info

Publication number: JP6610135B2
Application number: JP2015193164A
Authority: JP
Inventors: 浩平太田
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2019-11-27
Anticipated expiration: 2035-09-30
Also published as: JP2017067601A

Description

本発明は、反跳電子の飛跡を捕捉することによって放射線を検出する放射線検出装置のコントローラに関する。 The present invention relates to a controller of a radiation detection apparatus that detects radiation by capturing a track of recoil electrons.

ピクセル型電極によるガス増幅を用いた放射線検出装置（ＭＰＧＣ：ＭｉｃｒｏＰｉｘｅｌＧａｓＣｈａｍｂｅｒ）の研究が進められている。ＭＰＧＣを用いた放射線検出装置は、シンチレータとの組み合わせにより、電子飛跡検出型コンプトンカメラ（ＥＴＣＣ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ＴｒａｃｋｉｎｇＣｏｍｐｔｏｎＣａｍｅｒａ）を構成する。この種のコンプトンカメラには、従来の検出器による放射線検出では不十分であった検出領域の、特に画像イメージングにおいて、大面積かつ、リアルタイムイメージングができるという特徴がある。 Research on a radiation detection apparatus (MPGC: Micro Pixel Gas Chamber) using gas amplification by a pixel-type electrode is underway. The radiation detection apparatus using MPGC constitutes an electronic track detection type Compton camera (ETCC: Electron-Tracking Compton Camera) in combination with a scintillator. This type of Compton camera has a feature that it can perform real-time imaging in a large area, particularly in image imaging, in a detection region where radiation detection by a conventional detector is insufficient.

特許文献１には、ＭＰＧＣを用いた放射線検出装置の構造の例が開示されている。また、特許文献２には、ＭＰＧＣではなくＭＳＧＣ（ＭｉｃｒｏＳｔｒｉｐＧａｓＣｈａｍｂｅｒ）により構成したコンプトンカメラの例が開示されている。 Patent Document 1 discloses an example of the structure of a radiation detection apparatus using MPGC. Patent Document 2 discloses an example of a Compton camera configured by MSGC (Micro Strip Gas Chamber) instead of MPGC.

特許第３３５４５５１号公報Japanese Patent No. 3354551 特許第３５３５０４５号公報Japanese Patent No. 3535045

ガス増幅を用いた放射線検出装置においては、入射線量が高くなってガス中におけるコンプトン散乱の頻度が高くなりすぎると、反跳電子の飛跡を取得できなくなることはもちろん、陽イオンの移動が滞って意図しない放電が発生し（イオンフィードバック現象）、それによって放射線検出装置が破壊されてしまうおそれが生ずる。 In radiation detectors using gas amplification, if the incident dose becomes high and the frequency of Compton scattering in the gas becomes too high, it will not be possible to acquire a recoil electron track, and the movement of cations will be delayed. An unintended discharge occurs (ion feedback phenomenon), which may destroy the radiation detection apparatus.

そこで、本発明の目的の一つは、放射線検出装置が高入射線量によって破壊されてしまう可能性を低減できる放射線検出装置のコントローラを提供することにある。 Therefore, one of the objects of the present invention is to provide a controller of a radiation detection apparatus that can reduce the possibility that the radiation detection apparatus is destroyed by a high incident dose.

本発明の一実施形態に係る放射線検出装置のコントローラは、反跳電子の飛跡を捕捉することによって放射線を検出する放射線検出装置のコントローラであって、前記放射線の検出レートを取得する検出レート取得部と、前記検出レートに応じて、前記放射線の検出条件を制御する検出条件制御部と、を備えることを特徴とする。 The controller of the radiation detection apparatus which concerns on one Embodiment of this invention is a controller of the radiation detection apparatus which detects a radiation by capturing the track of a recoil electron, Comprising: The detection rate acquisition part which acquires the detection rate of the said radiation And a detection condition control unit that controls the detection condition of the radiation according to the detection rate.

前記放射線検出装置は、ドリフト電極、アノード電極、及びカソード電極を有するチャンバーを備え、前記検出条件制御部は、前記チャンバーの筐体と前記ドリフト電極の間の電位差であるドリフト電圧、及び、前記カソード電極と前記アノード電極の間の電位差であるアノード電圧のいずれか少なくとも一方を制御することにより、前記検出条件を制御することとしてもよい。 The radiation detection apparatus includes a chamber having a drift electrode, an anode electrode, and a cathode electrode, and the detection condition control unit includes a drift voltage that is a potential difference between a housing of the chamber and the drift electrode, and the cathode The detection condition may be controlled by controlling at least one of anode voltages, which is a potential difference between an electrode and the anode electrode.

前記検出条件制御部は、前記検出レートが第１の高レート状態に達した場合に、前記ドリフト電圧及び前記アノード電圧のそれぞれを所定割合で減少させることとしてもよい。 The detection condition control unit may decrease each of the drift voltage and the anode voltage at a predetermined rate when the detection rate reaches a first high rate state.

前記放射線検出装置は、互いに遮蔽率の異なる複数の遮蔽板をさらに備え、
前記検出条件制御部は、前記検出レートに応じて前記複数の遮蔽板の中から一又は複数の遮蔽板を選択し、選択した前記一又は複数の遮蔽板により前記放射線の入射線量を制限することによって前記放射線の検出条件を制御することとしてもよい。 The radiation detection apparatus further includes a plurality of shielding plates having different shielding rates from each other,
The detection condition control unit selects one or more shielding plates from the plurality of shielding plates according to the detection rate, and limits the incident dose of the radiation by the selected one or more shielding plates. It is good also as controlling the detection conditions of the said radiation by.

前記検出条件制御部は、前記検出レートが第２の高レート状態に達した場合に、前記一又は複数の遮蔽板による前記入射線量の制限を行うこととしてもよい。 The detection condition control unit may limit the incident dose by the one or more shielding plates when the detection rate reaches a second high rate state.

前記検出条件制御部は、前記検出レートが前記第２の高レート状態よりも入射線量が多い状態に対応する第３の高レート状態に達した場合に、前記入射線量がゼロになるよう前記複数の遮蔽板の中から一又は複数の遮蔽板を選択することとしてもよい。 The detection condition control unit is configured so that when the detection rate reaches a third high rate state corresponding to a state where the incident dose is higher than that in the second high rate state, the plurality of incident doses are set to be zero. One or a plurality of shielding plates may be selected from the shielding plates.

本発明の一実施形態によれば、放射線検出装置が高入射線量によって破壊されてしまう可能性を低減できる。 According to one embodiment of the present invention, it is possible to reduce the possibility that the radiation detection apparatus is destroyed by a high incident dose.

画像イメージング装置３００の構成を示すブロック図である。2 is a block diagram illustrating a configuration of an image imaging apparatus 300. FIG. コンプトンカメラ２００の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a Compton camera 200. FIG. 放射線検出装置１００の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a radiation detection apparatus 100. FIG. （ａ）は放射線検出装置１００の断面を示す模式図であり、（ｂ）は放射線検出装置１００のドリフト電圧を示す図であり、（ｃ）は放射線検出装置１００のアノード電圧を示す図である。(A) is a schematic diagram showing a cross section of the radiation detection device 100, (b) is a diagram showing a drift voltage of the radiation detection device 100, and (c) is a diagram showing an anode voltage of the radiation detection device 100. . 遮蔽板４００ａ〜４００ｃによって放射線検出装置１００を覆った状態を示す図である。It is a figure which shows the state which covered the radiation detection apparatus 100 with shielding board 400a-400c. 遮蔽板４００ｄによって放射線検出装置１００を覆った状態を示す図である。It is a figure which shows the state which covered the radiation detection apparatus 100 with the shielding board 400d. コントローラ３１０の機能ブロックを示す略ブロック図である。3 is a schematic block diagram showing functional blocks of a controller 310. FIG. コントローラ３１０の処理フローを示すフロー図である。It is a flowchart which shows the processing flow of the controller. 放射線検出装置１００の具体的な構造の一例を示す断面斜視図である。2 is a cross-sectional perspective view showing an example of a specific structure of the radiation detection apparatus 100. FIG.

以下、図面を参照して、本発明のコントローラについて詳細に説明する。なお、本発明のコントローラは以下の実施形態に限定されることはなく、種々の変形を行ない実施することが可能である。全ての実施形態においては、同じ構成要素には同一符号を付して説明する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上、実際の比率とは異なったり、構成の一部が図面から省略されたりする場合がある。 Hereinafter, the controller of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The controller of the present invention is not limited to the following embodiments, and can be implemented with various modifications. In all the embodiments, the same components are described with the same reference numerals. In addition, the dimensional ratio in the drawing may be different from the actual ratio for convenience of explanation, or a part of the configuration may be omitted from the drawing.

本実施形態にかかる画像イメージング装置３００の構成を図１に示す。画像イメージング装置３００は、コンプトンカメラ２００、コントローラ３１０、入力デバイス３１２及び出力デバイス３１４を備える。画像イメージング装置３００は、例えば医療の現場において、患者の体内に投与した放射線源の位置を特定するために使用されるもので、より具体的には、ＰＥＴ（ＰｏｓｉｔｒｏｎＥｍｉｓｓｉｏｎＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ）又はＳＰＥＣＴ（ＳｉｎｇｌｅＰｈｏｔｏｎＥｍｉｓｓｉｏｎＣＴ）と呼ばれる核医学検査を実施するために用いられる。 A configuration of an image imaging apparatus 300 according to the present embodiment is shown in FIG. The image imaging apparatus 300 includes a Compton camera 200, a controller 310, an input device 312, and an output device 314. The image imaging apparatus 300 is used to specify the position of a radiation source administered into a patient's body, for example, in a medical field. More specifically, the image imaging apparatus 300 is more specifically PET (Positron Emission Tomography) or SPECT (Single Phototon). Used to perform a nuclear medicine test called Emission CT).

コンプトンカメラ２００はＥＴＣＣであり、ＭＰＧＣを用いた放射線検出装置１００及び検出モジュール２０２を含む。ここでいう検出モジュール２０２には、シンチレータ及びシンチレータに散乱γ線が入射して生じた発光を電気信号に変換する光電子増倍管を含む。複数の光電子増倍管が設置されることによって、発光位置が特定できるようになっている。図２（ａ）に示すように、検出モジュール２０２は放射線検出装置１００を５方向から取り囲むように設けられている。図２（ａ）においては、５箇所の検出モジュールにそれぞれ符号２０２ａ〜２０２ｅを付している。尚、必ずしも５方向から取り囲むように設置しなくともよく、少なくとも１方向（例えば、ピクセル電極部１０１の下方向）に設けてあればよい。放射線検出装置１００の構造については後述する。 The Compton camera 200 is an ETCC and includes a radiation detection apparatus 100 and a detection module 202 using MPGC. The detection module 202 referred to here includes a scintillator and a photomultiplier tube that converts light emitted when scattered γ rays are incident on the scintillator into an electrical signal. By installing a plurality of photomultiplier tubes, the light emission position can be specified. As shown in FIG. 2A, the detection module 202 is provided so as to surround the radiation detection apparatus 100 from five directions. In FIG. 2A, reference numerals 202a to 202e are assigned to the five detection modules, respectively. In addition, it does not necessarily have to be installed so as to surround from five directions, and may be provided in at least one direction (for example, the lower direction of the pixel electrode portion 101). The structure of the radiation detection apparatus 100 will be described later.

コントローラ３１０は、コンプトンカメラ２００から出力される検出信号Ｓ１，Ｓ２に基づいた演算を行うことにより３次元画像を再構成し、放射線源の位置を特定する。オペレータによるコントローラ３１０への指示は、入力デバイス３１２を用いて行うことができる。また、コントローラ３１０によって再構成された３次元画像は、出力デバイス３１４を介してオペレータに提示される。 The controller 310 performs a calculation based on the detection signals S1 and S2 output from the Compton camera 200 to reconstruct a three-dimensional image and specify the position of the radiation source. The operator can instruct the controller 310 using the input device 312. Further, the three-dimensional image reconstructed by the controller 310 is presented to the operator via the output device 314.

図２（ａ）に示すように、放射線検出装置１００はチャンバー１１１を有する。チャンバー１１１の内部には、アルゴンやキセノンなどの希ガスと、エタン、メタンなどの常温でガスのアルカンもしくは二酸化炭素を含む消光作用を有するガス（クエンチングガス）との混合ガス」が封入されている。どちらか単体のガスでも良く、かつ二種以上の混合ガスでも良い。チャンバー１１１の底面には、複数のピクセルが二次元的にレイアウトされたピクセル電極部１０１が設けられている。チャンバー１１１の上面には、ドリフト電極１１０が設けられている。チャンバー１１１の側面には、ドリフトケージ１１２が設けられている。ドリフトケージ１１２は、ドリフト電極１１０とピクセル電極部１０１との間の電界分布を均一化するために設けられている。 As illustrated in FIG. 2A, the radiation detection apparatus 100 includes a chamber 111. Inside the chamber 111, a mixed gas of a rare gas such as argon or xenon and a gas having a quenching action (quenching gas) containing alkane or carbon dioxide as a gas at normal temperature such as ethane or methane ”is enclosed. Yes. Either single gas or two or more mixed gases may be used. A pixel electrode portion 101 in which a plurality of pixels are two-dimensionally laid out is provided on the bottom surface of the chamber 111. A drift electrode 110 is provided on the upper surface of the chamber 111. A drift cage 112 is provided on a side surface of the chamber 111. The drift cage 112 is provided to make the electric field distribution between the drift electrode 110 and the pixel electrode portion 101 uniform.

コンプトンカメラ２００の原理は次の通りである。まず、外部から放射線検出装置１００にγ線が入射すると、ある確率で入射γ線がチャンバー１１１内の気体と衝突し、γ線の散乱が発生する。図２（ａ）に示す符号Ａは、衝突位置である。衝突により進行方向が変化した散乱γ線は、放射線検出装置１００を透過して検出モジュール２０２に入射する。検出モジュール２０２に散乱γ線が入射すると発光が生じ、この発光が光電子増倍管によって電気信号に変換される。このようにして得られた電気信号は、図１に示す検出信号Ｓ１に相当し、散乱γ線の入射した位置及びその時刻を示す情報がコントローラ３１０に提供される。このとき、散乱γ線のエネルギーも取得してコントローラ３１０に提供される。 The principle of the Compton camera 200 is as follows. First, when γ rays are incident on the radiation detection apparatus 100 from the outside, the incident γ rays collide with the gas in the chamber 111 with a certain probability, and γ rays are scattered. A symbol A shown in FIG. 2A is a collision position. The scattered γ rays whose traveling direction has changed due to the collision pass through the radiation detection apparatus 100 and enter the detection module 202. When scattered γ-rays enter the detection module 202, light is emitted, and this light is converted into an electrical signal by the photomultiplier tube. The electrical signal thus obtained corresponds to the detection signal S1 shown in FIG. 1, and information indicating the position where the scattered γ rays are incident and the time is provided to the controller 310. At this time, the energy of scattered γ rays is also acquired and provided to the controller 310.

一方、入射γ線と衝突したチャンバー１１１内の気体は、符号Ａの位置から所定の方向に反跳電子ｅ⁻（荷電粒子）を放出する。すると、反跳電子の飛跡に沿って電子雲が発生する。電子雲を構成する電子は、ドリフト電極１１０とピクセル電極部１０１との間の電場によって、ピクセル電極部１０１へ引き寄せられる。このとき、ピクセル電極部１０１の近傍まで引き寄せられた電子はピクセル電極部１０１の近傍の非常に高い電場により気体と衝突し、気体を電離させる。さらに電離された電子は雪崩的に増殖し、ピクセル電極部１０１にて検出される。このようにして得られた電気信号は、図１に示す検出信号Ｓ２に相当し、コントローラ３１０に提供される。検出信号Ｓ２は、電子が検出されたピクセルの位置及び当該ピクセルにおいて電子を検出した時刻を特定可能な信号である。 On the other hand, the gas in the chamber 111 that has collided with the incident γ-ray emits recoil electrons e ⁻ (charged particles) in a predetermined direction from the position of symbol A. Then, an electron cloud is generated along the track of recoil electrons. Electrons constituting the electron cloud are attracted to the pixel electrode unit 101 by an electric field between the drift electrode 110 and the pixel electrode unit 101. At this time, the electrons drawn to the vicinity of the pixel electrode unit 101 collide with the gas by a very high electric field in the vicinity of the pixel electrode unit 101 to ionize the gas. Further, the ionized electrons multiply like an avalanche and are detected by the pixel electrode unit 101. The electrical signal thus obtained corresponds to the detection signal S2 shown in FIG. 1 and is provided to the controller 310. The detection signal S2 is a signal that can specify the position of the pixel where the electron is detected and the time when the electron is detected in the pixel.

なお、散乱γ線が検出モジュール２０２に入射してからピクセル電極部１０１で電子が検出されるまでの時間によって、そのピクセル電極部１０１から電子雲が生じた位置までの距離（ｚ方向の位置）が算出できる。 Note that the distance from the pixel electrode unit 101 to the position where the electron cloud is generated (position in the z direction) depending on the time from when the scattered γ rays enter the detection module 202 until the electron is detected by the pixel electrode unit 101. Can be calculated.

ここで、図９は、放射線検出装置１００の具体的な構造の一例を示す断面斜視図を示している。図９に示すように、放射線検出装置１００は、筐体としてのチャンバー１１１の内部に、ドリフト電極１１０及びドリフトケージ１１２によってピクセル電極部１０１を覆うような構造となっている。ドリフトケージ１１２は、異なる電位を与えることが可能な複数の電極がドリフト電極１１０に対して平行に設けられた構造を有する。ドリフト電極１１０とピクセル電極部１０１との間に形成された電場は、ドリフトケージ１１２によって電界分布が均一になるように制御される。このような構造の放射線検出装置は、容器モジュールと呼ばれる場合がある。 Here, FIG. 9 shows a cross-sectional perspective view showing an example of a specific structure of the radiation detection apparatus 100. As shown in FIG. 9, the radiation detection apparatus 100 has a structure in which a pixel electrode unit 101 is covered with a drift electrode 110 and a drift cage 112 inside a chamber 111 as a housing. The drift cage 112 has a structure in which a plurality of electrodes capable of applying different potentials are provided in parallel to the drift electrode 110. The electric field formed between the drift electrode 110 and the pixel electrode unit 101 is controlled by the drift cage 112 so that the electric field distribution is uniform. The radiation detection apparatus having such a structure may be called a container module.

コントローラ３１０は、検出信号Ｓ１の活性化（散乱γ線の検出モジュール２０２への入射）をトリガとして検出信号Ｓ２を時系列的に解析し、電子が検出されたピクセルの位置及び当該ピクセルにおいて電子を検出した時刻（以下、検出時刻という場合がある）を用いて、反跳電子の飛跡を算出する。検出時刻は、トリガからピクセル電極部１０１での電子の検出までの時間（以下、ドリフト時間という場合がある）に対応する。そして、図２（ｂ）に示す角度αを算出すれば、入射γ線が入射した方向を特定することができる。コントローラ３１０は、こうして特定した方向から、放射線源の位置を示す３次元座標を取得する。また、コントローラ３１０は、検出信号Ｓ１，Ｓ２から放射線源の強さを示すカウントレートも取得する。こうして取得された３次元座標及びカウントレートからなる４次元のデータがコンプトンカメラ２００の指示値となる。 The controller 310 chronologically analyzes the detection signal S2 triggered by the activation of the detection signal S1 (incidence of scattered γ rays to the detection module 202), and the position of the pixel where the electron is detected and the electron at the pixel are analyzed. The track of recoil electrons is calculated using the detected time (hereinafter sometimes referred to as a detection time). The detection time corresponds to the time from the trigger to the detection of electrons at the pixel electrode unit 101 (hereinafter sometimes referred to as a drift time). If the angle α shown in FIG. 2B is calculated, the direction in which the incident γ rays are incident can be specified. The controller 310 acquires three-dimensional coordinates indicating the position of the radiation source from the direction thus specified. The controller 310 also acquires a count rate indicating the intensity of the radiation source from the detection signals S1 and S2. The four-dimensional data composed of the three-dimensional coordinates and the count rate acquired in this way becomes the instruction value of the Compton camera 200.

図３に示すように、ピクセル電極部１０１は、絶縁部材１０２、カソード電極１０４、アノード電極１０６及びアノード電極パターン１０８を有している。 As shown in FIG. 3, the pixel electrode unit 101 includes an insulating member 102, a cathode electrode 104, an anode electrode 106, and an anode electrode pattern 108.

カソード電極１０４は、絶縁部材１０２の上面においてｙ方向に複数延在する。カソード電極１０４には複数の開口部１０５が設けられており、開口部１０５において絶縁部材１０２の上面が露出している。 A plurality of cathode electrodes 104 extend in the y direction on the upper surface of the insulating member 102. The cathode electrode 104 is provided with a plurality of openings 105, and the upper surface of the insulating member 102 is exposed in the openings 105.

アノード電極１０６は、絶縁部材１０２の裏面から絶縁部材１０２をｚ方向に貫通し、複数の開口部１０５のそれぞれにおいて先端が露出している。 The anode electrode 106 penetrates the insulating member 102 in the z direction from the back surface of the insulating member 102, and the tip is exposed at each of the plurality of openings 105.

ｙ方向に配列された複数のアノード電極１０６は、それぞれ異なるアノード電極パターン１０８に接続されている。アノード電極パターン１０８は、絶縁部材１０２の裏面においてｘ方向に複数延在する。カソード電極１０４が延在するｙ方向とアノード電極パターン１０８が延在するｘ方向とは、概略垂直である。なお、本実施形態においては、アノード電極１０６とアノード電極パターン１０８とは別に設けられ、それぞれが電気的に接続されている形態について説明しているが、これに限定されるわけではなく、アノード電極１０６とアノード電極パターン１０８が一体であっても構わない。 The plurality of anode electrodes 106 arranged in the y direction are connected to different anode electrode patterns 108, respectively. A plurality of anode electrode patterns 108 extend in the x direction on the back surface of the insulating member 102. The y direction in which the cathode electrode 104 extends is substantially perpendicular to the x direction in which the anode electrode pattern 108 extends. In the present embodiment, the anode electrode 106 and the anode electrode pattern 108 are separately provided and electrically connected to each other. However, the present invention is not limited to this. 106 and the anode electrode pattern 108 may be integrated.

カソード電極１０４とアノード電極１０６との間には電圧（アノード電圧）が印加され、電場が形成される。これにより、ピクセル電極部１０１の方向へ引き寄せられた電子は、アノード電極１０６に捕捉される。これによって、このピクセルにおいて電子が検出されることになる。 A voltage (anode voltage) is applied between the cathode electrode 104 and the anode electrode 106 to form an electric field. Thereby, the electrons drawn toward the pixel electrode portion 101 are captured by the anode electrode 106. This will detect electrons at this pixel.

図４（ｃ）には、アノード電圧Ｖａの例を図示している。同図は、横軸を時間軸として、縦軸に電位を図示している。同図に示すように、アノード電圧Ｖａは、０Ｖであるカソード電極１０４の電位と、正電位であるアノード電極１０６の電位との差分（正の値）によって示される。同図に示す電位ＨＶａ（ＨＶａ＞０）は、通常状態におけるアノード電極１０６の電位（規格値）である。同図では、時刻ｔでアノード電極１０６の電位が低下し、それに伴ってアノード電圧Ｖａも低下しているが、これについては後述する。 FIG. 4C illustrates an example of the anode voltage Va. In the figure, the horizontal axis represents a time axis, and the vertical axis represents potential. As shown in the figure, the anode voltage Va is represented by a difference (positive value) between the potential of the cathode electrode 104 that is 0 V and the potential of the anode electrode 106 that is a positive potential. The potential HVa (HVa> 0) shown in the figure is the potential (standard value) of the anode electrode 106 in the normal state. In the figure, the potential of the anode electrode 106 decreases at time t, and the anode voltage Va also decreases accordingly. This will be described later.

ドリフト電極１１０はｘｙ平面を有し、ピクセル電極部１０１を構成するｘｙ平面からｚ方向に所定の距離だけ離れて設けられている。ドリフト電極１１０とチャンバー１１１の筐体の間にも電圧（ドリフト電圧）が印加され、このドリフト電圧によって、ドリフト電極１１０とカソード電極１０４及びアノード電極１０６との間に電場が形成される。 The drift electrode 110 has an xy plane and is provided away from the xy plane constituting the pixel electrode unit 101 by a predetermined distance in the z direction. A voltage (drift voltage) is also applied between the drift electrode 110 and the casing of the chamber 111, and an electric field is formed between the drift electrode 110 and the cathode electrode 104 and the anode electrode 106 by the drift voltage.

図４（ｂ）には、ドリフト電圧Ｖｄの例を図示している。同図も、横軸を時間軸として、縦軸に電位を図示している。同図に示すように、ドリフト電圧Ｖｄは、０Ｖであるチャンバー１１１の筐体の電位と、負電位であるドリフト電極１１０の電位との差分（正の値）によって示される。同図に示す電位−ＨＶｄ（ＨＶｄ＞０）は、通常状態におけるドリフト電圧Ｖｄの電位（規格値）である。同図では、時刻ｔでドリフト電極１１０の電位が上昇し、それに伴ってドリフト電圧Ｖｄが低下しているが、これについても後述する。 FIG. 4B shows an example of the drift voltage Vd. In this figure as well, the horizontal axis represents the time axis and the vertical axis represents the potential. As shown in the figure, the drift voltage Vd is indicated by the difference (positive value) between the potential of the casing of the chamber 111 that is 0 V and the potential of the drift electrode 110 that is a negative potential. The potential −HVd (HVd> 0) shown in the figure is the potential (standard value) of the drift voltage Vd in the normal state. In the figure, the potential of the drift electrode 110 increases at time t, and the drift voltage Vd decreases accordingly. This will also be described later.

本実施形態に係る本発明の放射線検出装置１００は、上述したような構成を採ることにより、ピクセル電極部１０１において、アノード電極１０６がマトリクス状に配置された構成を有することになる。絶縁部材１０２の上面に露出するアノード電極１０６が１個のピクセルを構成する。したがって、複数のカソード電極１０４及び複数のアノード電極パターン１０８に現れる電気信号の電圧の変化を時系列的に解析すれば、電子が検出されたピクセルの位置及び検出時刻が特定でき、そのピクセルにおける電子の検出結果が得られるため、既に説明したとおり、反跳電子の飛跡を算出することが可能となる。 The radiation detection apparatus 100 of the present invention according to the present embodiment has a configuration in which the anode electrodes 106 are arranged in a matrix in the pixel electrode unit 101 by adopting the configuration as described above. The anode electrode 106 exposed on the upper surface of the insulating member 102 constitutes one pixel. Therefore, if the change of the voltage of the electric signal appearing on the plurality of cathode electrodes 104 and the plurality of anode electrode patterns 108 is analyzed in time series, the position and detection time of the pixel where the electron is detected can be specified, and the electron in the pixel is detected. As described above, it is possible to calculate the trajectory of recoil electrons.

放射線検出装置１００には、以上の構成の他、図５及び図６に示すように、互いに遮蔽率の異なる複数の遮蔽板４００ａ〜４００ｄと、これら複数の遮蔽板４００ａ〜４００ｄの位置を制御するための位置コントローラ４１０とが設けられる。遮蔽板４００ａ〜４００ｄは、放射線検出装置１００への入射線量を制限するために用いられるもので、例えば板状に加工した鉛によって構成される。なお、以下の説明では、遮蔽板４００ａ〜４００ｄを特に区別する必要がない場合、まとめて遮蔽板４００と表記する場合がある。 In addition to the above configuration, the radiation detection apparatus 100 controls a plurality of shielding plates 400a to 400d having different shielding rates and positions of the plurality of shielding plates 400a to 400d as shown in FIGS. A position controller 410 is provided. The shielding plates 400a to 400d are used to limit the dose incident on the radiation detection apparatus 100, and are made of, for example, lead processed into a plate shape. In the following description, the shielding plates 400a to 400d may be collectively referred to as the shielding plate 400 when it is not necessary to distinguish between them.

遮蔽板４００ａ〜４００ｄは厚みの点で互いに異なっており、これにより互いに異なる遮蔽率が実現されている。具体的には、遮蔽板４００ａから遮蔽板４００ｄの順で厚くなっており、一例では、遮蔽板４００ａ，４００ｂ，４００ｃはそれぞれ、１００μｍ、１ｍｍ、１ｃｍである。遮蔽板４００ｄの厚みは、放射線検出装置１００への入射線量がゼロとすることのできる厚みに設定される。このような構成を有することによって、高線量状態でのセンシングが可能になる。そして、高線量の程度によっても最適な遮蔽を選択することができる。 The shielding plates 400a to 400d are different from each other in terms of thickness, and thereby different shielding rates are realized. Specifically, the thickness increases from the shielding plate 400a to the shielding plate 400d. In one example, the shielding plates 400a, 400b, and 400c are 100 μm, 1 mm, and 1 cm, respectively. The thickness of the shielding plate 400d is set to a thickness that allows the incident dose to the radiation detection apparatus 100 to be zero. By having such a configuration, sensing in a high dose state becomes possible. The optimum shielding can be selected depending on the degree of high dose.

図７は、コントローラ３１０の機能ブロックを示す略ブロック図である。同図に示すように、コントローラ３１０は機能的に、検出レート取得部３５０及び検出条件制御部３５２を備えている。同図に示す線量計１２０は、放射線検出装置１００の近傍にオプションで設置されるもので、放射線検出装置１００とは異なり簡易なもの、例えば単純なガイガーミュラー計数管で構わない。 FIG. 7 is a schematic block diagram showing functional blocks of the controller 310. As shown in the figure, the controller 310 functionally includes a detection rate acquisition unit 350 and a detection condition control unit 352. The dosimeter 120 shown in the figure is optionally installed in the vicinity of the radiation detection apparatus 100, and unlike the radiation detection apparatus 100, a simple one, for example, a simple Geiger-Muller counter may be used.

検出レート取得部３５０は、上述した検出信号Ｓ１，Ｓ２を参照することによって放射線の検出レートを取得する機能を有する。具体的には、検出レートとして上述したカウントレートを取得することとすればよい。 The detection rate acquisition unit 350 has a function of acquiring a radiation detection rate by referring to the detection signals S1 and S2 described above. Specifically, the count rate described above may be acquired as the detection rate.

検出条件制御部３５２は、検出レート取得部３５０によって取得された検出レートに応じて、コンプトンカメラ２００における放射線の検出条件を制御するよう構成される。この制御は検出レートを引き下げる方向での制御であり、具体的には、図４に示したドリフト電極１１０及びアノード電極１０６それぞれの電位の制御によって雪崩増幅の増幅率を規格値未満に引き下げることと、図５及び図６に示した遮蔽板４００の制御によって入射線量を制限することとにより実行される。 The detection condition control unit 352 is configured to control the radiation detection conditions in the Compton camera 200 according to the detection rate acquired by the detection rate acquisition unit 350. This control is a control in the direction of lowering the detection rate. Specifically, the avalanche amplification amplification factor is lowered below the standard value by controlling the potentials of the drift electrode 110 and the anode electrode 106 shown in FIG. This is performed by limiting the incident dose by controlling the shielding plate 400 shown in FIGS.

また、検出条件制御部３５２は、線量計１２０によって示される放射線量によっても、コンプトンカメラ２００における放射線の検出条件を制御するよう構成される。この制御は、上記のようにして引き下げた検出レートを元に戻すための制御であり、具体的には、図４に示したドリフト電極１１０及びアノード電極１０６それぞれの電位の制御によって雪崩増幅の増幅率を上記規格値に戻すとともに、図５及び図６に示した遮蔽板４００を除去することによって入射線量の制限を解除することにより実行される。 The detection condition control unit 352 is also configured to control the radiation detection conditions in the Compton camera 200 based on the radiation dose indicated by the dosimeter 120. This control is for returning the detection rate lowered as described above. Specifically, the avalanche amplification is amplified by controlling the potentials of the drift electrode 110 and the anode electrode 106 shown in FIG. The rate is returned to the above standard value, and the restriction of the incident dose is canceled by removing the shielding plate 400 shown in FIGS.

以下、図８に示したフロー図も参照しながら、検出条件制御部３５２の機能についてより詳しく説明する。 Hereinafter, the function of the detection condition control unit 352 will be described in more detail with reference to the flowchart shown in FIG.

前提として、検出条件制御部３５２には、図８に示す第１乃至第３の高レート状態（ステップＳ６，Ｓ３，Ｓ１）及び低レート状態（ステップＳ８）が予め設定される。第１の高レート状態は、例えば、コンプトンカメラ２００のカウントレート（検出レート取得部３５０によって取得された検出レート）が所定の規格値に対して１００％となっている状態が１秒以上続いた状態とすることが好適である。第２の高レート状態は、第１の高レート状態と同じでもよいし、或いは、第１の高レート状態よりもカウントレートが高い状態に対応するものとしてもよい。第３の高レート状態は、第１及び第２の高レート状態よりもカウントレートが高い状態に対応するもので、放置すると放射線検出装置１００自体が放射化してしまうような高放射線量に対応する。低レート状態は、コンプトンカメラ２００のカウントレートが第１の高レート状態よりも十分低い状態となることが期待できる程度に、線量計１２０によって示される放射線量が低い値となった状態とすることが好適である。 As a premise, the detection condition control unit 352 is preset with first to third high rate states (steps S6, S3, S1) and a low rate state (step S8) shown in FIG. In the first high rate state, for example, a state in which the count rate of the Compton camera 200 (the detection rate acquired by the detection rate acquisition unit 350) is 100% with respect to a predetermined standard value continues for 1 second or more. It is preferable to be in a state. The second high rate state may be the same as the first high rate state, or may correspond to a higher count rate than the first high rate state. The third high-rate state corresponds to a state in which the count rate is higher than those of the first and second high-rate states, and corresponds to a high radiation dose that causes the radiation detection apparatus 100 itself to be activated if left unattended. . The low rate state is a state in which the radiation dose indicated by the dosimeter 120 is low enough to expect the count rate of the Compton camera 200 to be sufficiently lower than the first high rate state. Is preferred.

図８に示すように、検出条件制御部３５２はまず、検出レート取得部３５０によって取得された検出レートが第３の高レート状態を示しているか否かを判定する（ステップＳ１）。ここで肯定的な判定結果を得た場合、検出条件制御部３５２は、図６に示した遮蔽板４００ｄによって放射線検出装置１００を覆うよう位置コントローラ４１０に対して指示する。ここで、上述したように、遮蔽板４００ｄの厚みは放射線検出装置１００への入射線量がゼロとなるように設定されている。したがって、遮蔽板４００ｄによって放射線検出装置１００を覆うことで、放射線検出装置１００への入射線量がゼロとなる（ステップＳ２）。ステップＳ２が終了した後、検出条件制御部３５２はステップＳ１に戻って処理を継続する。 As shown in FIG. 8, the detection condition control unit 352 first determines whether or not the detection rate acquired by the detection rate acquisition unit 350 indicates the third high rate state (step S1). When a positive determination result is obtained here, the detection condition control unit 352 instructs the position controller 410 to cover the radiation detection apparatus 100 with the shielding plate 400d illustrated in FIG. Here, as described above, the thickness of the shielding plate 400d is set such that the incident dose to the radiation detection apparatus 100 is zero. Therefore, by covering the radiation detection apparatus 100 with the shielding plate 400d, the incident dose to the radiation detection apparatus 100 becomes zero (step S2). After step S2 ends, the detection condition control unit 352 returns to step S1 and continues processing.

なお、医療用途で使用している限り、検出レート取得部３５０によって取得された検出レートが第３の高レート状態を示すような事態となることは想定しにくい。しかしながら、本実施形態にかかる画像イメージング装置３００が物理実験や原子力発電所などにおいて使用されることも考えられ、ステップＳ１，Ｓ２を設けることは、そのような場合に対する対応として有効である。 Note that it is unlikely that the detection rate acquired by the detection rate acquisition unit 350 shows the third high rate state as long as it is used for medical purposes. However, it is conceivable that the image imaging apparatus 300 according to the present embodiment is used in a physical experiment, a nuclear power plant, or the like, and providing steps S1 and S2 is effective as a countermeasure for such a case.

ステップＳ１で否定的な判定結果を得た場合、検出条件制御部３５２は次に、検出レート取得部３５０によって取得された検出レートが第２の高レート状態を示しているか否かを判定する（ステップＳ３）。ここで肯定的な判定結果を得た場合、検出条件制御部３５２はまず、検出レートに応じて図５に示した遮蔽板４００ａ〜４００ｃの中の一又は複数の遮蔽板４００を選択する（ステップＳ４）。そして、選択した一又は複数の遮蔽板４００によって放射線検出装置１００を覆うよう、位置コントローラ４１０に対して指示する。これにより、選択した遮蔽板４００に応じた量だけ、放射線検出装置１００への入射線量が制限されることになる（ステップＳ５）。 When a negative determination result is obtained in step S1, the detection condition control unit 352 next determines whether or not the detection rate acquired by the detection rate acquisition unit 350 indicates the second high rate state ( Step S3). When a positive determination result is obtained here, the detection condition control unit 352 first selects one or a plurality of shielding plates 400 among the shielding plates 400a to 400c shown in FIG. 5 according to the detection rate (step) S4). Then, the position controller 410 is instructed to cover the radiation detection apparatus 100 with the selected one or more shielding plates 400. Thereby, the incident dose to the radiation detection apparatus 100 is limited by an amount corresponding to the selected shielding plate 400 (step S5).

ステップＳ３〜Ｓ５の処理により、検出レートの大きさに応じて最適な入射線量を選択することが可能になる。具体的には、検出レートが大きいほど入射線量を小さくすることが可能になる。したがって、放射線源の放射線量が大きい場合であっても、好適にコンプトンカメラ２００による画像イメージングの形成を実施可能となる。 By the processes in steps S3 to S5, it is possible to select an optimum incident dose according to the detection rate. Specifically, the higher the detection rate, the smaller the incident dose. Therefore, even when the radiation dose of the radiation source is large, it is possible to preferably form image imaging by the Compton camera 200.

なお、本実施形態では、上述したように遮蔽板４００ａ〜４００ｄを完全な板とし、厚みによって互いの遮蔽率を異ならせているが、他の方法によって遮蔽率を異ならせることも可能である。一例では、遮蔽板４００ａ〜４００ｃに開口部を設けることによって、互いの遮蔽率を異ならせることとしてもよい。この場合、例えば、遮蔽板４００ａ〜４００ｃそれぞれの開口率を１０％、１％、０．１％とすればよい。 In the present embodiment, as described above, the shielding plates 400a to 400d are complete plates, and the shielding rates differ from each other depending on the thickness. However, the shielding rates can be varied by other methods. In one example, the shielding rates may be different from each other by providing openings in the shielding plates 400a to 400c. In this case, for example, the aperture ratio of each of the shielding plates 400a to 400c may be 10%, 1%, and 0.1%.

ステップＳ３〜Ｓ５の処理に続いて、検出条件制御部３５２は、検出レート取得部３５０によって取得された検出レートが第１の高レート状態を示しているか否かを判定する（ステップＳ６）。ここで肯定的な判定結果を得た場合、検出条件制御部３５２は、上述したドリフト電圧Ｖｄ及びアノード電圧Ｖａを制御することにより、雪崩増幅の増幅率を通常状態での値（規格値）未満に引き下げる処理を行う（ステップＳ７）。ステップＳ７が終了した後、検出条件制御部３５２はステップＳ１に戻って処理を継続する。 Subsequent to the processing of steps S3 to S5, the detection condition control unit 352 determines whether or not the detection rate acquired by the detection rate acquisition unit 350 indicates the first high rate state (step S6). When a positive determination result is obtained here, the detection condition control unit 352 controls the drift voltage Vd and the anode voltage Va described above, so that the amplification factor of the avalanche amplification is less than the value (standard value) in the normal state. (Step S7). After step S7 ends, the detection condition control unit 352 returns to step S1 and continues processing.

図４（ｂ）（ｃ）には、ステップＳ７によるドリフト電圧Ｖｄ及びアノード電圧Ｖａの制御の具体例を示している。これらの図では、時刻ｔでステップＳ７が実行されるものとしている。図示するように、検出条件制御部３５２は、検出レートが第１の高レート状態に達した場合に、ドリフト電圧Ｖｄ及びアノード電圧Ｖａのそれぞれを所定割合で減少させる。具体的には、ドリフト電極１１０の電位を上げ、アノード電極１０６の電位を下げる。これにより雪崩増幅の増幅率が引き下げられるので、チャンバー１１１内の陽イオンが減少し、反跳電子の飛跡を好適に取得することが可能になる。 4B and 4C show specific examples of control of the drift voltage Vd and the anode voltage Va in step S7. In these figures, step S7 is executed at time t. As illustrated, when the detection rate reaches the first high rate state, the detection condition control unit 352 decreases each of the drift voltage Vd and the anode voltage Va at a predetermined rate. Specifically, the potential of the drift electrode 110 is increased and the potential of the anode electrode 106 is decreased. As a result, the amplification factor of the avalanche amplification is lowered, so that the number of cations in the chamber 111 is reduced, and it becomes possible to suitably acquire the trace of recoil electrons.

なお、ステップＳ７の制御におけるドリフト電極１１０及びアノード電極１０６それぞれの電位の制御量は、制御後のドリフト電圧Ｖｄ及びアノード電圧Ｖａそれぞれの大きさが通常時の５０〜８０％となるように設定することが好ましい。ドリフト電極１１０及びアノード電極１０６の電位を０Ｖとすること（この場合、ドリフト電圧Ｖｄ及びアノード電圧Ｖａも０Ｖとなる）も考えられるが、そうすると、反跳電子の飛跡を取得できなくなることに加え、後述するステップＳ９で増幅率を上記規格値に安全に復帰させる（すなわち、放電を避けつつ復帰させる）ために時間を要してしまうので、好ましくない。 Note that the control amounts of the potentials of the drift electrode 110 and the anode electrode 106 in the control of step S7 are set so that the magnitudes of the drift voltage Vd and the anode voltage Va after control are 50 to 80% of the normal values, respectively. It is preferable. It is conceivable that the potential of the drift electrode 110 and the anode electrode 106 is set to 0 V (in this case, the drift voltage Vd and the anode voltage Va are also set to 0 V). Since it takes time to safely return the amplification factor to the standard value (that is, return while avoiding discharge) in step S9 described later, this is not preferable.

図８に戻る。ステップＳ６で否定的な判定結果を得た場合、検出条件制御部３５２は、線量計１２０によって示される放射線量が低レート状態を示しているか否かを判定する（ステップＳ８）。ここで肯定的な判定結果を得た場合、検出条件制御部３５２は、すべての遮蔽板４００を除去するよう位置コントローラ４１０に対して指示することによって放射線検出装置１００への入射線量の制限を解除するとともに、ドリフト電圧Ｖｄ及びアノード電圧Ｖａを制御することによって雪崩増幅の増幅率を上記規格値に復帰させる処理を行う（ステップＳ７）。ドリフト電圧Ｖｄ及びアノード電圧Ｖａの制御は、ドリフト電極１１０の電位を図４（ｂ）に示した電位−ＨＶｄまで下げ、アノード電極１０６の電位を図４（ｃ）に示した電位ＨＶａまで上げることによって行う。これにより、放射線源の放射線量が下がった場合に、放射線検出装置１００を元の状態に戻すことが可能になる。 Returning to FIG. When a negative determination result is obtained in step S6, the detection condition control unit 352 determines whether or not the radiation dose indicated by the dosimeter 120 indicates a low rate state (step S8). If a positive determination result is obtained here, the detection condition control unit 352 releases the restriction on the incident dose to the radiation detection apparatus 100 by instructing the position controller 410 to remove all the shielding plates 400. At the same time, the drift voltage Vd and the anode voltage Va are controlled to restore the avalanche amplification factor to the standard value (step S7). The drift voltage Vd and the anode voltage Va are controlled by lowering the potential of the drift electrode 110 to the potential −HVd shown in FIG. 4B and raising the potential of the anode electrode 106 to the potential HVa shown in FIG. Do by. Thereby, when the radiation dose of a radiation source falls, it becomes possible to return the radiation detection apparatus 100 to the original state.

このように、本実施形態によれば、検出条件制御部３５２が検出レート取得部３５０によって取得された検出レートに応じてコンプトンカメラ２００における放射線の検出条件を制御しているので、放射線検出装置１００が高入射線量によって破壊されてしまう可能性を低減することが可能になる。 Thus, according to the present embodiment, since the detection condition control unit 352 controls the radiation detection conditions in the Compton camera 200 according to the detection rate acquired by the detection rate acquisition unit 350, the radiation detection apparatus 100. Can be reduced by the high incident dose.

なお、上記実施形態では、放射線検出装置１００の近傍に線量計１２０を設置し、放射線源の放射線量が下がった場合に放射線検出装置１００が自動的に元の状態に戻るように構成したが、元の状態への復帰は手動によって行うようにしてもよい。 In the above embodiment, the dosimeter 120 is installed in the vicinity of the radiation detection apparatus 100, and the radiation detection apparatus 100 is automatically returned to the original state when the radiation dose of the radiation source is reduced. The return to the original state may be performed manually.

また、上記実施形態では、遮蔽板４００による入射線量の制限と、ドリフト電圧Ｖｄ及びアノード電圧Ｖａの制御による雪崩増幅の増幅率の引き下げとの両方を行うこととしたが、いずれか一方のみを行う構成とすることも可能である。 In the above embodiment, both the limitation of the incident dose by the shielding plate 400 and the reduction of the avalanche amplification by controlling the drift voltage Vd and the anode voltage Va are performed, but only one of them is performed. A configuration is also possible.

１００放射線検出装置
１０１ピクセル電極部
１０２絶縁部材
１０４カソード電極
１０５開口部
１０６アノード電極
１０８アノード電極パターン
１１０ドリフト電極
１１１チャンバー
１１２ドリフトケージ
１２０線量計
２００コンプトンカメラ
２０２（２０２ａ〜２０２ｅ）検出モジュール
３００画像イメージング装置
３１０コントローラ
３１２入力デバイス
３１４出力デバイス
３５０検出レート取得部
３５２検出条件制御部
４００ａ〜４００ｄ遮蔽板
４１０位置コントローラ
Ｓ１，Ｓ２検出信号
Ｖａアノード電圧
Ｖｄドリフト電圧 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Radiation detection apparatus 101 Pixel electrode part 102 Insulating member 104 Cathode electrode 105 Opening part 106 Anode electrode 108 Anode electrode pattern 110 Drift electrode 111 Chamber 112 Drift cage 120 Dosimeter 200 Compton camera 202 (202a-202e) Detection module 300 Image imaging apparatus 310 Controller 312 Input Device 314 Output Device 350 Detection Rate Acquisition Unit 352 Detection Condition Control Units 400a to 400d Shielding Plate 410 Position Controller S1, S2 Detection Signal Va Anode Voltage Vd Drift Voltage

Claims

A controller of a radiation detection device that detects radiation by capturing a track of recoil electrons,
A detection rate acquisition unit for acquiring a detection rate of the radiation;
A detection condition control unit for controlling a detection condition of the radiation according to the detection rate;
A controller comprising:

The radiation detection apparatus includes a chamber having a drift electrode, an anode electrode, and a cathode electrode,
The detection condition control unit controls at least one of a drift voltage that is a potential difference between the casing of the chamber and the drift electrode and an anode voltage that is a potential difference between the cathode electrode and the anode electrode. The controller according to claim 1, wherein the detection condition is controlled.

The controller according to claim 2, wherein the detection condition control unit decreases the drift voltage and the anode voltage at a predetermined rate when the detection rate reaches a first rate .

The radiation detection apparatus further includes a plurality of shielding plates having different shielding rates from each other,
The detection condition control unit selects one or more shielding plates from the plurality of shielding plates according to the detection rate, and limits the incident dose of the radiation by the selected one or more shielding plates. 4. The controller according to claim 1, wherein the detection condition of the radiation is controlled by the controller.

The controller according to claim 4, wherein the detection condition control unit limits the incident dose by the one or more shielding plates when the detection rate reaches a second rate .

The detection condition control unit, when the detection rate reaches a third rate corresponding to a state where the incident dose is higher than the second rate, from among the plurality of shielding plates so that the incident dose becomes zero. 6. The controller according to claim 5, wherein one or a plurality of shielding plates are selected.