JP6983129B2 - Gamma camera - Google Patents
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Description
本願は、放射性物質の三次元濃度分布を測定するガンマカメラに関する。 The present application relates to a gamma camera that measures a three-dimensional concentration distribution of radioactive substances.
従来、ガンマカメラは、放射性物質の濃度分布の測定に用いられるが、奥行き方向の分布を測定することが難しく、1台のガンマカメラで三次元濃度分布を測定する方法が検討されている。例えば特許文献1では、1台のガンマカメラを用い、測定対象の正面に対する垂直線から左右にそれぞれ同一の角度傾いた撮像軸上で2つの画像を撮像し、得られた2つの画像から立体画像を得ている。
Conventionally, a gamma camera has been used to measure the concentration distribution of radioactive substances, but it is difficult to measure the distribution in the depth direction, and a method of measuring a three-dimensional concentration distribution with one gamma camera has been studied. For example, in
また、ガンマ線源の三次元分布を画像化する方法として、コンプトンカメラを利用する方法が知られている。典型的なコンプトンカメラは、2つの放射線検出器を備えており、ガンマ線源からのガンマ線が前段検出器にてコンプトン散乱された後、後段検出器にて光電吸収される事象に注目し、各検出器におけるガンマ線の検出位置及び検出エネルギーに基づいてガンマ線源の三次元分布を画像化する。 Further, as a method of imaging a three-dimensional distribution of a gamma ray source, a method using a Compton camera is known. A typical Compton camera is equipped with two radiation detectors, focusing on the phenomenon that gamma rays from a gamma ray source are scattered by the pre-stage detector and then photoelectrically absorbed by the post-stage detector, and each detection is performed. The three-dimensional distribution of the gamma ray source is imaged based on the detection position and the detection energy of the gamma ray in the detector.
このコンプトンカメラを利用した測定方法として、例えば特許文献2では、放射線発生側から見て前後に並ぶ2つの検出ユニットを備えた放射線測定装置により、散乱点の位置、吸収点の位置、及び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している。
As a measurement method using this Compton camera, for example, in
また、特許文献3には、コンプトンカメラによるガンマ線源の三次元分布画像の適正化を図る方法として、統計学の手法である最尤推定期待値最大化法(ML−EM法)に基づいた画像再構成法が示されている。さらに、非特許文献1には、核医学におけるコンプトン散乱カメラ画像のリストモード最尤再構成法(LM−ML−EM法)について示されている。LM−ML−EM法によれば、観測されたガンマ線の測定データから空間中のガンマ線源分布を最尤推定により求めることが困難な場合でも、反復計算により尤度の期待値を最大化するようにガンマ線源分布を求めることが可能である。
Further,
従来のガンマカメラでは、放射性物質の三次元濃度分布を測定するために、放射性物質から直接入射するガンマ線のみをデータとして用い、放射性物質と放射線検出器との間で散乱されたガンマ線を検出してもデータとして用いていない。一方、測定対象が人体等に比べて高密度な物質、例えばコンクリートまたは金属等の場合、大部分のガンマ線が高密度物質の物体内部で散乱される。このため、従来のガンマカメラでは、測定対象が高密度物質である場合、放射性物質の三次元濃度分布の測定が難しいという課題があった。 In a conventional gamma camera, in order to measure the three-dimensional concentration distribution of a radioactive substance, only the gamma rays directly incident from the radioactive substance are used as data, and the gamma rays scattered between the radioactive substance and the radiation detector are detected. Is not used as data. On the other hand, when the measurement target is a substance having a higher density than that of the human body, for example, concrete or metal, most of the gamma rays are scattered inside the object of the high density substance. For this reason, the conventional gamma camera has a problem that it is difficult to measure the three-dimensional concentration distribution of a radioactive substance when the measurement target is a high-density substance.
測定対象における放射性物質の三次元濃度分布を測定する方法として、特許文献1のように、1台のガンマカメラを移動させて複数回の測定を行う方法では、ガンマカメラを駆動部と連結させ移動させる機構が必要であり、複数回の測定を行うため測定時間が長くなるという課題があった。また、特許文献2、特許文献3、及び非特許文献1の方法では、1台のガンマカメラで1回の測定によって放射性物質の三次元濃度分布を測定しているが、コンプトン散乱を使った計測方法、いわゆるコンプトンカメラにのみに適用される方法である。
As a method of measuring the three-dimensional concentration distribution of a radioactive substance in a measurement target, in a method of moving one gamma camera to perform multiple measurements as in
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、測定対象が高密度物質である場合も、放射性物質の三次元濃度分布を短時間で高感度に測定することが可能なガンマカメラを得ることを目的とする。 This application discloses a technique for solving the above-mentioned problems, and it is possible to measure the three-dimensional concentration distribution of a radioactive substance with high sensitivity in a short time even when the measurement target is a high-density substance. The aim is to get a possible gamma camera.
本願に開示されるガンマカメラは、測定対象から飛来するガンマ線の入射方向とエネルギーを検出する放射線検出器と、放射線検出器により取得された入射方向情報とエネルギー情報を記憶するガンマ線データ記憶部と、少なくとも測定対象の成分及び密度を含む物性情報を取得する物性情報取得装置と、物性情報取得装置により取得された測定対象の物性情報を記憶する物性情報記憶部と、放射線検出器の測定条件情報を取得する測定条件取得装置と、測定条件取得装置により取得された測定条件情報を記憶する測定条件記憶部と、ガンマ線データ記憶部に記憶された入射方向情報とエネルギー情報、物性情報記憶部に記憶された物性情報、及び測定条件記憶部に記憶された測定条件情報に基づいて、測定対象内部で散乱されたガンマ線のエネルギー変化と方向変化を計算し、放射性物質の三次元濃度分布の演算を行う三次元分布演算装置を備えたものである。 The gamma camera disclosed in the present application includes a radiation detector that detects the incident direction and energy of gamma rays coming from a measurement target, a gamma ray data storage unit that stores incident direction information and energy information acquired by the radiation detector, and a gamma ray data storage unit. A physical property information acquisition device that acquires physical property information including at least the components and densities of the measurement target, a physical property information storage unit that stores the physical property information of the measurement target acquired by the physical property information acquisition device, and measurement condition information of the radiation detector. The measurement condition acquisition device to be acquired, the measurement condition storage unit that stores the measurement condition information acquired by the measurement condition acquisition device, the incident direction information and energy information stored in the gamma ray data storage unit, and the physical property information storage unit are stored. Based on the physical property information and the measurement condition information stored in the measurement condition storage unit, the energy change and direction change of the gamma rays scattered inside the measurement target are calculated, and the three-dimensional concentration distribution of the radioactive substance is calculated. It is equipped with an elemental distribution calculation device.
本願に開示されるガンマカメラによれば、ガンマ線の入射方向情報とエネルギー情報、測定対象の物性情報、及び放射線検出器の測定条件情報に基づいて、測定対象内部で散乱されたガンマ線のエネルギー変化と方向変化を計算し、放射性物質の分布領域を限定するようにしたので、物体内部で大部分のガンマ線が散乱される高密度物質が測定対象である場合も、放射性物質の三次元濃度分布を短時間で高感度に測定することが可能である。 According to the gamma camera disclosed in the present application, the energy change of the gamma ray scattered inside the measurement target is based on the incident direction information and energy information of the gamma ray, the physical property information of the measurement target, and the measurement condition information of the radiation detector. Since the direction change is calculated and the distribution area of the radioactive substance is limited, the three-dimensional concentration distribution of the radioactive substance is shortened even when the measurement target is a high-density substance in which most of the gamma rays are scattered inside the object. It is possible to measure with high sensitivity in time.
実施の形態1.
以下に、実施の形態1によるガンマカメラについて、図面に基づいて説明する。図1は、実施の形態1に係るガンマカメラの構成図、図2は、実施の形態1に係るガンマカメラによる放射性物質の三次元濃度分布の測定方法を説明する図、図3は、実施の形態1に係るガンマカメラにおける三次元分布演算装置のハードウェア構成図である。なお、各図において、同一、相当部分には同一符号を付している。
Hereinafter, the gamma camera according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a gamma camera according to the first embodiment, FIG. 2 is a diagram illustrating a method of measuring a three-dimensional concentration distribution of a radioactive substance by the gamma camera according to the first embodiment, and FIG. 3 is an embodiment. It is a hardware block diagram of the 3D distribution arithmetic unit in the gamma camera which concerns on
実施の形態1に係るガンマカメラ100の測定対象は主に、人体等に比べて高密度な物質、例えばコンクリート、金属等である。測定対象に存在する放射性物質は、放射線を放出して崩壊し他の原子核に変わる放射性核種を含んでいる。ガンマ線(以下、γ線と記す)は、γ線核種から放出される。図2に示すように、測定対象10の内部に存在する放射性物質11から飛来するγ線は、ガンマカメラ100に直接入射する直接成分12と、測定対象10の内部で散乱された散乱成分13に分けられる。測定対象10が高密度物質の場合、大部分のγ線が測定対象内部で散乱される。
The measurement target of the
ガンマカメラ100は、図1に示すように、放射線検出器1、ガンマ線データ記憶部2(以下、γ線データ記憶部2と記す)、物性情報取得装置3、物性情報記憶部4、測定条件取得装置5、測定条件記憶部6、三次元分布演算装置7、及び表示部8を備えている。放射線検出器1は、測定対象に存在する放射性物質11から飛来するγ線の入射方向とエネルギーを測定する。この時、放射線検出器1が検出するγ線は、直接成分12と散乱成分13の両方を含む。
As shown in FIG. 1, the
放射線検出器1は、γ線の入射によりγ線が反応した位置と、エネルギーに応じて決まる電圧もしくは電流強度を出力するγ線センサを有している。γ線センサとしては、半導体式検出器を複数配置したもの、半導体式検出器において信号を取り出す電極を複数有するもの、γ線を紫外光、可視光、及び赤外光に変換するシンチレータと光検出部を含むユニットを複数配置したもの等が用いられる。
The
半導体式検出器としては、Si、CdTe、CdZnTe等を用いた検出器が用いられる。半導体式検出器の場合、γ線が反応した半導体式検出器が配置された位置、または信号が取り出された電極の位置から、γ線が反応した位置が検出される。一方、シンチレータは、NaI(Tl)、CsI(Tl)、BGO、LSO等のシンチレーション材料を含み、シンチレータからの光を光検出部で検出する。シンチレータの場合、シンチレーション材料からの光を検出した位置から、γ線が反応した位置が検出される。 As the semiconductor type detector, a detector using Si, CdTe, CdZnTe or the like is used. In the case of a semiconductor detector, the position where the γ-ray reacts is detected from the position where the semiconductor detector with which the γ-ray reacts is arranged or the position of the electrode from which the signal is taken out. On the other hand, the scintillator contains a scintillation material such as NaI (Tl), CsI (Tl), BGO, LSO, etc., and the light from the scintillator is detected by the photodetector. In the case of a scintillator, the position where the γ-ray reacts is detected from the position where the light from the scintillation material is detected.
また、放射線検出器1は、γ線の入射方向を特定するための構成を備えている。例えばγ線センサと、γ線を遮蔽する遮蔽体に一つ以上の穴を空けた筐体とを組み合わせた構成、またはγ線センサと、γ線の入射方向を制限するコリメータとを組み合わせた構成、またはγ線センサを二つ以上並べた構成等がこれに該当する。γ線データ記憶部2は、検出エネルギー記憶部21と入射方向記憶部22を有し、放射線検出器1により検出されたγ線のエネルギー情報と入射方向情報をそれぞれ記憶する。
Further, the
物性情報取得装置3は、測定対象の物性情報として、測定対象の密度、密度分布、成分(構成元素)、構成元素の混合比、及び厚さ寸法等を測定する。物性情報取得装置3により取得される物性情報には、少なくとも測定対象の成分及び密度が含まれる。物性情報取得装置3は、エックス線検査装置、γ線検査装置、中性子線検査装置、超音波検査装置、及び音波検査装置の中から選ばれた複数の装置を含む。なお、上記以外の装置を用いることも可能である。
The physical property
測定対象の構成元素及び混合比は、エックス線検査装置またはγ線検査装置により測定される。測定対象の密度及び密度分布は中性子線検査装置により測定され、測定対象の厚さ寸法は超音波検査装置または音波検査装置により測定される。物性情報記憶部4は、物性情報取得装置3により取得された物性情報を記憶する。なお、物性情報取得装置3による物性情報の測定は、放射性物質の三次元濃度分布の測定と同時である必要はなく、事前に測定対象の一部を採取して物性情報を測定し、物性情報記憶部4に記録しておくことも可能である。
The constituent elements to be measured and the mixing ratio are measured by an X-ray inspection device or a γ-ray inspection device. The density and density distribution of the measurement target are measured by a neutron beam inspection device, and the thickness dimension of the measurement target is measured by an ultrasonic inspection device or a sound wave inspection device. The physical property
測定条件取得装置5は、放射線検出器1の測定条件情報を取得する。測定条件情報には、放射線検出器1と測定対象の距離、及び放射線検出器1の視野角が含まれる。測定条件取得装置5は、レーザ距離計、電波距離計、超音波距離計、及び巻尺のいずれかを含む。ただし、上記以外の装置を用いることも可能である。測定条件記憶部6は、測定条件取得装置5により取得された測定条件情報を記憶する。
The measurement
三次元分布演算装置7は、γ線データ記憶部2に記憶されたγ線データ、物性情報記憶部4に記憶された物性情報、及び測定条件記憶部6に記憶された測定条件情報を取得し、それらに基づいて測定対象の内部で散乱されたγ線のエネルギー変化と方向変化を計算し、放射性物質の三次元濃度分布の演算を行う。具体的には、測定対象の物性情報に基づいて推定した放射性核種から放出される放射線エネルギーを算出し、算出した放射線エネルギーと、検出エネルギー記憶部21から取得したエネルギー情報とに基づいて、γ線のエネルギー変化を計算する。
The three-dimensional
また、測定対象内部で散乱されたγ線のエネルギー変化からγ線が測定対象内部で散乱された角度θを算出し、算出した角度θと、入射方向記憶部22から取得した入射方向情報とに基づいて、放射性物質の分布領域を限定する。また、測定対象の物性情報に基づいて測定対象内部におけるγ線の散乱位置を推定し、推定した散乱位置による重み付けにより放射性物質の分布領域をさらに限定する。このときの演算方法の一つとして、分布が最も確からしくなるように放射性物質の三次元濃度分布を推定するML−EM法または最大エントロピー法等を適用することが可能である。
Further, the angle θ in which the γ-rays are scattered inside the measurement target is calculated from the energy change of the γ-rays scattered inside the measurement target, and the calculated angle θ and the incident direction information acquired from the incident
三次元分布演算装置7による上記の演算処理は、放射線検出器1のγ線センサが検出した一つのγ線に対して行われる。放射線検出器1が複数のγ線を検出した場合、三次元分布演算装置7は、複数のγ線それぞれの入射方向情報とエネルギー情報に基づいて放射性物質の分布領域を推定し、さらに推定した複数の分布領域が重なり合った部分を放射性物質の分布領域とする。三次元分布演算装置7による演算結果は、表示部8に表示される。
The above arithmetic processing by the three-dimensional
なお、三次元分布演算装置7は、図3に示すプロセッサ71とメモリ72を含む処理回路70を有している。メモリ72は、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を具備してもよい。プロセッサ71は、メモリ72から入力されたプログラムを実行する。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ71にプログラムが入力される。
The three-dimensional
次に、三次元分布演算装置7による演算方法について詳細に説明する。放射性物質から放出されたγ線は、散乱によりエネルギー変化と方向変化を起こしている。三次元分布演算装置7は、γ線の散乱によるエネルギー変化と方向変化を計算し、その計算結果に基づいて放射性物質の分布領域を限定する。
Next, the calculation method by the three-dimensional
図4は、放射性物質からのγ線の直接成分と散乱成分のエネルギー分布を示している。図4において、縦軸はカウント数、横軸はエネルギーであり、実線Aは直接成分のエネルギー分布、点線Bは散乱成分のエネルギー分布をそれぞれ示している。図4に示すように、γ線の直接成分は所定のエネルギーを有するが、散乱成分のエネルギーは直接成分のエネルギーよりも小さく且つ一定でない。このようなエネルギー分布の違いから、放射線検出器1で検出されたγ線が直接成分であるか散乱成分であるかを判別することができる。
FIG. 4 shows the energy distribution of the direct component and the scattered component of γ-rays from a radioactive substance. In FIG. 4, the vertical axis represents the number of counts, the horizontal axis represents the energy, the solid line A shows the energy distribution of the direct component, and the dotted line B shows the energy distribution of the scattering component. As shown in FIG. 4, the direct component of the γ-ray has a predetermined energy, but the energy of the scattering component is smaller and not constant than the energy of the direct component. From such a difference in energy distribution, it is possible to determine whether the γ-ray detected by the
三次元分布演算装置7は、物性情報記憶部4に記憶された物性情報に基づいて、測定対象内部の箇所毎にγ線が散乱される確率pを算出する。確率pの算出方法として一般的に用いられるのは、測定対象の密度ρ、γ線が測定対象内部を進んだ距離L、及び測定対象を構成する元素がγ線を散乱する散乱断面積σによる式1の関数である。
The three-dimensional
p=1−exp(−ρσL) (式1) p = 1-exp (-ρσL) (Equation 1)
測定対象が複数の元素の集合体で構成される場合には、それぞれの元素の集合体での密度ρi、γ線がそれぞれの元素の集合体を進んだ距離Li、及び散乱断面積σiによる下の式2によって、測定対象内部の箇所毎に散乱される確率pが算出される。
If the measurement object is composed of a set of a plurality of elements, the density [rho i of a collection of the respective elements, the distance γ rays advances the assembly of the respective elements L i, and the scattering cross section σ The probability p of being scattered at each location inside the measurement target is calculated by the
p=1−exp(Σi(−ρiσiLi)) (式2) p = 1-exp (Σ i (−ρ i σ i L i )) (Equation 2)
なお、γ線が散乱される確率pの算出方法は、式1及び式2を用いた上記の方法に限定されるものではない。別の算出方法として、物性情報取得装置3で取得した測定対象の物性情報を用い、乱数計算によって測定対象の物性情報を再現した条件でシミュレーションを行い、γ線が散乱される確率pを算出する方法がある。
The method for calculating the probability p at which γ-rays are scattered is not limited to the above
同様に、式1及び式2を用いた上記の方法により、物性情報記憶部4から取得した物性情報に基づいて、測定対象内部の箇所毎にγ線が吸収される確率を算出することが可能である。その際は、測定対象を構成する元素がγ線を吸収する断面積を式1及び式2に適用する。同様に、γ線が散乱される確率pを算出するシミュレーションによっても、γ線が吸収される確率を算出することができる。
Similarly, by the above method using the
図5は、測定対象内部におけるγ線の散乱確率と吸収確率を示している。ここで、散乱確率とは、測定対象内部の放射性物質から放射されるγ線が測定対象内部で散乱される確率であり、吸収確率とは、測定対象内部の放射性物質から放射されるγ線が測定対象内部で吸収される確率である。図5において、縦軸は確率、横軸は放射線(γ線)が測定対象内部を進んだ距離(L)であり、実線Sは散乱確率、点線Aは吸収確率、一点鎖線Dは散乱確率と吸収確率の差をそれぞれ示している。 FIG. 5 shows the scattering probability and the absorption probability of γ-rays inside the measurement target. Here, the scattering probability is the probability that γ-rays emitted from the radioactive substance inside the measurement target are scattered inside the measurement target, and the absorption probability is the γ-ray emitted from the radioactive material inside the measurement target. It is the probability of being absorbed inside the measurement target. In FIG. 5, the vertical axis is the probability, the horizontal axis is the distance (L) that the radiation (γ ray) has traveled inside the measurement target, the solid line S is the scattering probability, the dotted line A is the absorption probability, and the alternate long and short dash line D is the scattering probability. The difference in absorption probability is shown respectively.
図5に示すように、測定対象内部においてγ線が進んだ距離が長くなると、γ線は100%散乱され、さらに距離が長くなるとγ線は100%吸収される。このため、測定対象内部においてγ線が進んだ距離が長くなると、散乱確率と吸収確率はいずれも1になる。測定対象内部でγ線が100%吸収されると、放射線検出器1はγ線を検出することができない。
As shown in FIG. 5, when the distance traveled by the γ-rays is long inside the measurement target, 100% of the γ-rays are scattered, and when the distance is further long, 100% of the γ-rays are absorbed. Therefore, when the distance traveled by the γ-rays becomes long inside the measurement target, both the scattering probability and the absorption probability become 1. If 100% of the γ-rays are absorbed inside the measurement target, the
測定対象内部のある箇所において、その位置でγ線が散乱される確率は、散乱確率と吸収確率の差(図4中、Dで示す)のような確率分布となる。従って、測定対象内部でγ線が散乱された箇所の位置情報は、散乱確率と吸収確率の差の確率分布を用いて推定することができる。測定対象が複数の元素の集合体で構成される場合には、各々の元素に対応する散乱確率と吸収確率の差の確率分布が用いられる。散乱確率と吸収確率の差の確率分布により推定された位置情報は、放射性物質の分布領域を限定するための重み付けに用いられる。 The probability that γ-rays are scattered at a certain place inside the measurement target has a probability distribution such as the difference between the scattering probability and the absorption probability (indicated by D in FIG. 4). Therefore, the position information of the location where the γ-rays are scattered inside the measurement target can be estimated by using the probability distribution of the difference between the scattering probability and the absorption probability. When the measurement target is composed of an aggregate of a plurality of elements, the probability distribution of the difference between the scattering probability and the absorption probability corresponding to each element is used. The position information estimated by the probability distribution of the difference between the scattering probability and the absorption probability is used for weighting to limit the distribution region of the radioactive material.
また、測定対象内部でγ線が散乱された場合には、コンプトン散乱によるγ線のエネルギー損失が起き、エネルギー損失後のγ線のエネルギーE´は、散乱される前のエネルギーE、電子の静止エネルギーE0、及び散乱された角度θにより、下の式3で示される。式3において、Eは散乱される前のγ線のエネルギー、E´はコンプトン散乱によるエネルギー損失後のγ線のエネルギー、θは放射性物質から放出されたγ線が測定対象内部で散乱された角度である。
Further, when γ-rays are scattered inside the measurement target, energy loss of γ-rays occurs due to Compton scattering, and the energy E'of γ-rays after the energy loss is the energy E before being scattered and the electron stationary. It is represented by the
E´=E/(1+E×(1−cosθ)/E0) (式3) E'= E / (1 + E × (1-cosθ) / E 0 ) (Equation 3)
式3において、散乱される前のエネルギーEは、測定対象の物性情報から推定したγ線核種から放出される放射線エネルギーから求められる。また、エネルギー損失後のγ線のエネルギーE´は、放射線検出器1により検出されたγ線のエネルギーであり、エネルギー情報として検出エネルギー記憶部21に記憶されている。この式3により、放射性物質から放出されたγ線が測定対象内部で散乱された角度θが求められる。
In
実施の形態1に係るガンマカメラ100の三次元分布演算装置7における処理の流れについて、図6のフローチャートを用いて説明する。まず、ステップS1において、放射線検出器1により検出されたγ線のエネルギー情報を、検出エネルギー記憶部21から取得する。続いてステップS2において、物性情報記憶部4から取得した測定対象の物性情報に基づいて、測定対象に存在する放射性核種(γ線核種)を推定する。さらにステップS3において、推定したγ線核種から放出される放射線エネルギーを算出する。
The flow of processing in the three-dimensional
続いてステップS4において、ステップS1で取得したγ線のエネルギー情報と、ステップS3で算出した推定γ線核種から放出される放射線エネルギーを用い、放射性物質から放出されたγ線が測定対象内部で散乱された角度θを前述の方法で算出する。次にステップS5において、放射線検出器1により検出された一つのγ線の入射方向情報を、入射方向記憶部22から取得する。
Subsequently, in step S4, the γ-rays emitted from the radioactive material are scattered inside the measurement target using the γ-ray energy information acquired in step S1 and the radiation energy emitted from the estimated γ-ray nuclide calculated in step S3. The calculated angle θ is calculated by the above method. Next, in step S5, the incident direction information of one γ-ray detected by the
さらにステップS6において、ステップS4で算出された角度θと、ステップS5で取得したγ線の入射方向情報を用いて、放射性物質の分布領域を限定するための演算を行う。式3により計算された角度θと、放射線検出器1により取得したγ線の入射方向情報から求めた放射性物質の分布領域は、円錐形状となる。すなわち、ステップS6において、放射性物質の分布領域は、円錐形状の内部の領域に限定される。
Further, in step S6, an calculation for limiting the distribution region of the radioactive substance is performed using the angle θ calculated in step S4 and the incident direction information of the γ-rays acquired in step S5. The distribution region of the radioactive substance obtained from the angle θ calculated by the
続いてステップS7及びステップS8において、物性情報記憶部4から取得した測定対象の物性情報に基づいて、γ線の散乱確率と吸収確率を、前述の方法でそれぞれ算出する。最後にステップS9において、ステップS6において限定された放射性物質の分布領域に対し、ステップS7及びステップS8で算出した散乱確率と吸収確率による重み付けを前述の方法で行い、放射性物質の分布領域をさらに限定する。
Subsequently, in steps S7 and S8, the scattering probability and the absorption probability of γ-rays are calculated by the above-mentioned methods, respectively, based on the physical property information of the measurement target acquired from the physical property
なお、図6のフローチャートにおいて、ステップS1からステップS9までの処理の順番は、適宜入れ替えが可能である。ステップS1からステップS5の処理は、ステップS6の処理の前に行われていれば良く、ステップS1の処理をステップS2とステップS3の処理の後に行っても良い。同様に、ステップS7及びステップS8の処理は、ステップS9の処理の前に行われていれば良い。 In the flowchart of FIG. 6, the order of processing from step S1 to step S9 can be changed as appropriate. The processing of steps S1 to S5 may be performed before the processing of step S6, and the processing of step S1 may be performed after the processing of steps S2 and S3. Similarly, the processing of step S7 and step S8 may be performed before the processing of step S9.
以上のステップS1からステップS9の処理は、放射線検出器1のγ線センサが検出した一つのγ線に対して行われる。γ線センサが二つ以上のγ線を検出した場合は、それぞれのγ線によって演算された放射性物質の三次元濃度分布を重ね合わせることが可能となる。ガンマカメラ100が複数のγ線を検出したときの放射性物質の三次元濃度分布の推定方法について、図7を用いて説明する。図7(a)は、ガンマカメラと測定対象が紙面に対し垂直方向に配置された状態を示し、図7(b)は、ガンマカメラと測定対象が紙面に対し平行に配置された状態を示している。
The processing of steps S1 to S9 is performed on one γ-ray detected by the γ-ray sensor of the
図7(a)及び図7(b)において、二点鎖線T1はガンマカメラ100に検出された1つ目のγ線の軌跡、一点鎖線T2はガンマカメラ100に検出された2つ目のγ線の軌跡を示し、A1は1つ目のγ線から推定された放射性物質の分布領域、A2は2つ目のγ線から推定された放射性物質の分布領域、さらに、A3は2つのγ線から推定された放射性物質の分布領域を示している。
In FIGS. 7 (a) and 7 (b), the two-point chain line T1 is the locus of the first γ-ray detected by the
三次元分布演算装置7は、1つ目のγ線のエネルギー変化と方向変化の演算結果に基づいて放射性物質の分布領域を限定し(図6のステップS6)、さらに散乱確率と吸収確率による重み付けを行い(図6のステップS9)、放射性物質の分布領域A1を推定する。同様に、2つ目のγ線によって分布領域A2を推定し、これらの分布領域A1、A2を重ね合わせることにより、放射性物質の分布領域A3を推定する。真に放射性物質が存在する領域では、それぞれのγ線から演算された放射性物質の分布領域の重なりが増える。すなわち、この重なりが多いほど、真の放射性物質の分布領域である確率が高くなり、三次元濃度分布の測定精度が向上する。
The three-dimensional
以上のように、実施の形態1に係るガンマカメラ100によれば、γ線の入射方向情報とエネルギー情報、測定対象の物性情報、及び放射線検出器1の測定条件情報に基づいて、測定対象内部で散乱されたγ線のエネルギー変化と方向変化を計算し、放射性物質の分布領域を限定するようにしたので、物体内部で大部分のγ線が散乱される高密度物質が測定対象である場合も、放射性物質の三次元濃度分布を短時間で高感度に測定することが可能である。
As described above, according to the
また、測定対象の物性情報に基づいて算出した散乱確率と吸収確率による重み付けにより、放射性物質の分布領域をさらに限定するようにしたので、測定精度が高くなる。また、複数のγ線を検出した場合には、それぞれのγ線から推定した放射性物質の分布領域を重ね合わせることにより、さらに測定精度が向上する。 Further, since the distribution region of the radioactive substance is further limited by the weighting based on the scattering probability and the absorption probability calculated based on the physical property information of the measurement target, the measurement accuracy is improved. Further, when a plurality of γ-rays are detected, the measurement accuracy is further improved by superimposing the distribution regions of the radioactive substances estimated from the respective γ-rays.
実施の形態2.
図8は、実施の形態2に係るガンマカメラの構成図を示している。実施の形態2に係るガンマカメラ100Aは、上記実施の形態1に係るガンマカメラ100に、測定対象の形状を取得する形状情報取得装置14と、形状情報取得装置14により取得された形状情報を記憶する形状情報記憶部15とを付加したものである。形状情報取得装置14としては、三次元形状測定装置、または輪郭形状測定装置等が用いられる。その他の構成については上記実施の形態1と同様であるため、ここでは説明を省略する。
FIG. 8 shows a configuration diagram of a gamma camera according to the second embodiment. The
上記実施の形態1に係るガンマカメラ100は、測定対象以外の領域からのγ線を含めて演算を行っている。これに対し、実施の形態2に係るガンマカメラ100Aの三次元分布演算装置7Aは、形状情報記憶部15から取得した測定対象の形状情報に基づいて、放射性物質の分布領域を補正することができる。具体的には、演算により得られた放射性物質の分布領域と、形状情報取得装置14により取得した測定対象の形状情報とを比較し、測定対象以外の領域について演算した結果を取り除く。
The
実施の形態2に係るガンマカメラ100Aの三次元分布演算装置7Aにおける処理の流れについて、図9のフローチャートを用いて説明する。なお、図9のステップS11からステップS18の処理は、上記実施の形態1で説明した図6のフローチャートのステップS1からステップS8までの処理と同様であるので、ここでは説明を省略する。図9のステップS19では、ステップS15で取得したγ線の入射方向情報、ステップS17で算出したγ線の散乱確率、及びステップS18で算出したγ線の吸収確率に基づいて、測定対象内部におけるγ線の散乱位置を推定する。
The flow of processing in the three-dimensional
続いてステップS20において、ステップS16において限定された放射性物質の分布領域に対し、ステップS19で推定したγ線の散乱位置による重み付けを上記実施の形態1と同様の方法で行い、放射性物質の分布領域をさらに限定する。次にステップS21において、形状情報記憶部15に記憶された測定対象の形状情報を取得する。最後にステップS22において、ステップS21で取得した測定対象の形状情報と、ステップS20で限定した放射性物質の分布領域とを比較し、分布領域を補正する。
Subsequently, in step S20, the distribution region of the radioactive substance limited in step S16 is weighted by the scattering position of the γ-rays estimated in step S19 by the same method as in the first embodiment, and the distribution region of the radioactive substance is performed. Is further limited. Next, in step S21, the shape information of the measurement target stored in the shape
なお、ステップS11からステップS22までの処理の順番は、適宜入れ替えが可能である。ステップS11からステップS15の処理は、ステップS16の処理の前に行われていれば良く、ステップS11の処理をステップS12とステップS13の処理の後に行っても良い。また、ステップS21の形状情報取得処理をステップS16の処理の前に行い、測定対象以外の領域での放射性物質の三次元濃度分布の演算を行わないようにしてもよい。 The order of processing from step S11 to step S22 can be changed as appropriate. The processing of steps S11 to S15 may be performed before the processing of step S16, and the processing of step S11 may be performed after the processing of steps S12 and S13. Further, the shape information acquisition process in step S21 may be performed before the process in step S16 so that the calculation of the three-dimensional concentration distribution of the radioactive substance in the region other than the measurement target may not be performed.
実施の形態2によれば、上記実施の形態1と同様の効果に加え、演算により得られた放射性物質の分布領域と、形状情報取得装置14により取得した測定対象の形状情報を比較して分布領域の補正を行うようにしたので、測定対象以外の領域について演算した結果を取り除くことができ、測定精度が向上する。また、測定対象以外の領域での放射性物質の三次元濃度分布の演算を行わないようにできるため、上記実施の形態1よりも演算に要する時間を短縮することが可能となる。
According to the second embodiment, in addition to the same effect as that of the first embodiment, the distribution region of the radioactive substance obtained by the calculation and the shape information of the measurement target acquired by the shape
本開示は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。 The present disclosure describes various exemplary embodiments and examples, although the various features, embodiments, and functions described in one or more embodiments are those of a particular embodiment. It is not limited to application, but can be applied to embodiments alone or in various combinations. Therefore, innumerable variations not exemplified are envisioned within the scope of the techniques disclosed herein. For example, it is assumed that at least one component is modified, added or omitted, and further, at least one component is extracted and combined with the components of other embodiments.
本願は、放射性物質の三次元濃度分布を測定するガンマカメラとして利用することができる。 The present application can be used as a gamma camera for measuring the three-dimensional concentration distribution of radioactive substances.
1 放射線検出器、2 ガンマ線データ記憶部、3 物性情報取得装置、4 物性情報記憶部、5 測定条件取得装置、6 測定条件記憶部、7、7A 三次元分布演算装置、8 表示部、10 測定対象、11 放射性物質、12 直接成分、13 散乱成分、14 形状情報取得装置、15 形状情報記憶部、21 検出エネルギー記憶部、22 入射方向記憶部、70 処理回路、71 プロセッサ、72 メモリ、100、100A ガンマカメラ 1 radiation detector, 2 gamma ray data storage unit, 3 physical property information acquisition device, 4 physical property information storage unit, 5 measurement condition acquisition device, 6 measurement condition storage unit, 7, 7A three-dimensional distribution calculation device, 8 display unit, 10 measurement Target, 11 radioactive material, 12 direct component, 13 scattered component, 14 shape information acquisition device, 15 shape information storage unit, 21 detection energy storage unit, 22 incident direction storage unit, 70 processing circuit, 71 processor, 72 memory, 100, 100A gamma camera
Claims (11)
前記放射線検出器により取得された入射方向情報とエネルギー情報を記憶するガンマ線データ記憶部と、
少なくとも測定対象の成分及び密度を含む物性情報を取得する物性情報取得装置と、
前記物性情報取得装置により取得された測定対象の物性情報を記憶する物性情報記憶部と、
前記放射線検出器の測定条件情報を取得する測定条件取得装置と、
前記測定条件取得装置により取得された測定条件情報を記憶する測定条件記憶部と、
前記ガンマ線データ記憶部に記憶された入射方向情報とエネルギー情報、前記物性情報記憶部に記憶された物性情報、及び前記測定条件記憶部に記憶された測定条件情報に基づいて、測定対象内部で散乱されたガンマ線のエネルギー変化と方向変化を計算し、放射性物質の三次元濃度分布の演算を行う三次元分布演算装置を備えたことを特徴とするガンマカメラ。 A radiation detector that detects the incident direction and energy of gamma rays coming from the measurement target,
A gamma-ray data storage unit that stores incident direction information and energy information acquired by the radiation detector, and
A physical property information acquisition device that acquires physical property information including at least the components and densities to be measured,
A physical property information storage unit that stores physical property information of a measurement target acquired by the physical property information acquisition device, and a physical property information storage unit.
A measurement condition acquisition device that acquires measurement condition information of the radiation detector,
A measurement condition storage unit that stores measurement condition information acquired by the measurement condition acquisition device, and a measurement condition storage unit.
Scattered inside the measurement target based on the incident direction information and energy information stored in the gamma ray data storage unit, the physical property information stored in the physical property information storage unit, and the measurement condition information stored in the measurement condition storage unit. A gamma camera characterized by being equipped with a three-dimensional distribution calculation device that calculates the energy change and direction change of the gamma rays and calculates the three-dimensional concentration distribution of radioactive substances.
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