(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２個の検出部を有するポジトロン検出装置であって、
前記各検出部は、同じ容積のシンチレータ部を有し互いに対向する一対のシンチレーション検出器と、これら一対のシンチレーション検出器の検出信号の同時計数を行う同時計数回路と、を有し、
前記各検出部間で、前記シンチレータ部の容積がそれぞれ異なり、小容積の方の検出部の各シンチレータ部が、大容積の方の検出部の各シンチレータ部の内部にそれぞれ組み込まれていることを特徴とするポジトロン検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載のポジトロン検出装置であって、
更に、所定の条件に基づき前記複数の検出部の同時計数結果のうちの１つを自動的に選択して出力する出力選択部を有することを特徴とするポジトロン検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ポジトロン（陽電子）を検出するポジトロン検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
試料内のポジトロン核種の  ＋β崩壊によって発生した  ＋β線は、試料内の物質に含まれる電子ｅ−  と相互作用を起こして消滅する。この消滅の際には、５１１ｋｅＶの消滅γ線が２本、互いに正反対の方向に放出される。ポジトロン検出装置は、この５１１ｋｅＶの消滅γ線を検出することにより試料内のポジトロン核種の量を測定する。このようなポジトロン核種には、例えば原子力発電所などで発生する５８Ｃｏ（コバルト５８）や、ポジトロンＣＴにおいてポジトロン放射薬剤として用いられる１１Ｃなどがある。
【０００３】
図６は、従来のポジトロン検出装置（以下、従来装置と略す）の一例を示す図である。図に示すように、従来は、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータを用いたウェル型のシンチレーション検出器で、試料から発せられる消滅γ線を検出していた。すなわち、従来は、ウェル型シンチレータ１１０のウェル内に試料１００を配置し、試料１００から発せられる消滅γ線をウェル型シンチレータ１１０でシンチレーション光に変換し、このシンチレーション光を光電子増倍管１１２で検出していた。そして、この光電子増倍管１１２の検出パルス信号を増幅器１１４にて増幅し、この増幅された検出パルス信号を波高弁別して、５１１ｋｅＶ前後の所定範囲（例えば、４６０ｋｅＶ〜５６０ｋｅＶ）に含まれる検出パルス信号のみを計測部１２０で計数していた。この計数結果に基づき、試料のポジトロンについての放射能を求めることができる。
【０００４】
図７は、試料内にポジトロン核種のみが含まれる場合のエネルギースペクトルであり、横軸は放射線のエネルギー（すなわち、検出パルスの波高値）、縦軸は計数値である。図に示すように、ポジトロン核種のエネルギースペクトルでは、５１１ｋｅＶにピークが現れるため、この５１１ｋｅＶの前後の所定範囲に含まれる検出パルスを波高弁別により選び出し、これを計数することにより、ポジトロン核種について精度のよい計数を行うことができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来装置では、試料内にポジトロン核種以外の妨害核種が存在する場合には測定精度が低下するという問題があった。
【０００６】
すなわち、試料内に妨害核種が存在すると、その妨害核種から発せられるγ線やこのγ線によるコンプトンγ線などにより、エネルギースペクトルにおける計数値が図８に示すように全体的にかさ上げされる。従って、従来装置で計数を行った場合、妨害核種によるγ線も同時に計数してしまうため、ポジトロン核種に起因するγ線のみを正確に計数することができなかった。
【０００７】
例えば、ポジトロンＣＴで用いられるポジトロン核種は、ターゲット物質に加速器で加速した荷電粒子を衝突させて生成するため、ターゲット物質に不純物があると妨害核種ができる可能性があり、従ってこのようなポジトロン核種を用いた場合、従来装置ではポジトロンの放射能測定値の測定精度が低下していた。
【０００８】
また、他の問題として、従来装置は、放射能の測定範囲（ダイナミックレンジ）が狭いという問題があった。例えば、核医学関係では、低レベル放射能から高レベル放射能までかなり広い範囲の放射能を測定する必要があるが、従来装置のような単一検出器ではこのような広い測定範囲をカバーすることは極めて困難であった。
【０００９】
本発明は、前述の問題点を解決するためになされたものであり、試料内に妨害核種が存在する場合でもポジトロン核種の崩壊に起因する消滅γ線（５１１ｋｅＶ）のみを正確に計数することができ、かつ広い測定範囲をカバーすることができるポジトロン検出装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の参考となる構成では、ポジトロン検出装置は、複数の検出部を有するポジトロン検出装置であって、各検出部が、互いに対向する一対のシンチレーション検出器と、これら一対のシンチレーション検出器の検出信号の同時計数を行う同時計数回路と、を有し、前記シンチレーション検出器の幾何学的効率が各検出部間で互いに異なる。
【００１１】
また、本発明に係るポジトロン検出装置は、２個の検出部を有するポジトロン検出装置であって、各検出部が、同じ容積のシンチレータ部を有し互いに対向する一対のシンチレーション検出器と、これら一対のシンチレーション検出器の検出信号の同時計数を行う同時計数回路と、を有し、各検出部間で前記シンチレータ部の容積がそれぞれ異なる。
【００１２】
そして、本発明に係るポジトロン検出装置は、検出部の数が２個であって、小容積の方の検出部の各シンチレータ部が、大容積の方の検出部の各シンチレータ部の内部にそれぞれ組み込まれていることを特徴とする。
【００１３】
更に、本発明に係るポジトロン検出装置は、所定の条件に基づき前記複数の検出部の同時計数結果のうちの一つを自動的に選択して出力する出力選択部を有することを特徴とする。
【００１４】
【作用】
試料内のポジトロン核種の  ＋β崩壊に起因する５１１ｋｅＶの消滅γ線は、前述したように互いに正反対の方向に２本放出される。従って、各検出部において、互いに対向する一対のシンチレーション検出器の一方が消滅γ線を検出した場合には、同時に他方のシンチレーション検出器がその消滅γ線と正反対方向に放出されたもう１本の消滅γ線を検出する。一方、試料に含まれる妨害核種からの放射線はランダムに発生するため、一対のシンチレーション検出器の両方に妨害核種からの放射線が同時に入射する確率は極めて低い。従って、同時計数回路によりこれら一対のシンチレーション検出器の同時計数を行うことによって、ポジトロン核種の崩壊による消滅γ線のみを精度よく検出できる。
【００１５】
更に、本発明の参考となる構成では、各検出部ごとにシンチレーション検出器の幾何学的効率が異なっているので、各検出部ごとに放射線に対する効率が異なる。従って、試料の放射能が弱い場合は効率の高い検出部の計数結果を採用し、試料の放射能が高い場合には効率の低い検出部の計数結果を採用すれば、広い測定範囲にわたって、精度の高い測定を行うことができる。
【００１６】
ここで、本発明ではシンチレーション検出器のシンチレータを各検出部ごとにそれぞれ異なった容積とすることにより、各検出部をそれぞれ異なった幾何学的効率とすることができる。
【００１７】
また、検出部を２つ設ける構成とした場合において、小容積検出器のシンチレータ部を大容積検出器のシンチレータ部内部に組み込む構成とすれば、幾何学的な配置構成からいって大容積検出器の幾何学的効率を大きくとることができ、感度を向上させることができる。
【００１８】
また、本発明では、出力選択部が、所定の条件に基いて複数の検出部の同時計数結果から１つを自動的に選択して出力する。これにより、試料の放射能のレベルに応じて最も適切な検出部の計数結果を得ることができる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明に係るポジトロン検出装置の一実施例を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係るポジトロン検出装置の好適な実施例を示す概略図である。図に示すように、本実施例の装置は、シンチレーション検出器１０ａ及び１０ｂから同時計数回路１６までに至る第１の検出部と、シンチレーション検出器２０ａ及び２０ｂから同時計数回路２６までに至る第２の検出部との２つの検出部を含んでいる。
【００２１】
第１の検出部において、２つのシンチレーション検出器１０ａ及び１０ｂは、試料１００を挟んで互いに対向する位置に設けられている。各シンチレーション検出器１０は、大容積シンチレータ部１１と光電子増倍管１２とから構成される。光電子増倍管１２ａ及び１２ｂは、それぞれ増幅器（ＡＭＰ）１４ａ及び１４ｂに接続され、更にＡＭＰ１４ａ及び１４ｂは、同時計数回路１６に接続されている。同時計数回路１６の出力は、計測制御部３０に入力される。
【００２２】
このような構成により、以下のようにしてポジトロン核種の放射能測定が行われる。すなわち、試料１００内のポジトロン核種の崩壊に起因して発生する２本の消滅γ線は、互いに正反対の方向に向かって放出されるので、一方のシンチレーション検出器（１０ａ又は１０ｂ）によって検出される場合には必ずもう一方のシンチレーション検出器（１０ｂ又は１０ａ）でも検出される。一方、試料内にある妨害核種からのγ線やバックグラウンドγ線は、ランダムに発生するため、それらが両シンチレーション検出器１０ａ及び１０ｂによって同時に検出される確率は極めて低い。従って、図３に示すように各シンチレーション検出器１０ａ及び１０ｂの検出信号に妨害核種やバックグラウンドに起因するパルスが存在していたとしても、同時計数回路１６によってシンチレーション検出器１０ａ及び１０ｂの検出信号の同時計数を行うことにより、ポジトロン核種に由来する検出パルスのみを高精度に選択計数することができる。
【００２３】
第２の検出部は、各シンチレーション検出器２０ａ及び２０ｂのシンチレータ部２１ａ及び２１ｂの容積が異なることを除き、基本的な構成は第１の検出部と全く同様である。従って、第２の検出部でも、ポジトロン核種に由来する検出パルスを高精度に計数することができる。なお、本実施例では、第２の検出部のシンチレータ部２１ａ及び２１ｂは、第１の検出部のシンチレータ部１１ａ及び１１ｂに設けられた挿入孔にそれぞれ挿入固定されている。なお、シンチレータ部１１ａ及び１１ｂは、挿入孔の部分も含め、その内面に反射体の層が形成されているため、シンチレータ部１１ａ及び１１ｂで発生したシンチレーション光がそれぞれ確実にＰＭＴ１２ａ及び１２ｂに入射し、シンチレーション検出器２０ａ及び２０ｂには混入しない構成となっている。もちろん、シンチレータ２１ａ及び２１ｂで発生したシンチレーション光も、シンチレーション検出器１０ａ及び１０ｂに混入しない。
【００２４】
さて、本実施例において、シンチレータ部（１１又は２１）の容積の異なる２つの検出部を設けたのは次のような理由からである。
【００２５】
すなわち、シンチレーションを用いた計数測定において精度のよい測定が行えるのは、電子回路系の回復時間などの制約のため、一般に１００ｋｃｐｓ程度までとされている。従って、感度（計数効率）の高い検出部で高レベルの放射能を有する試料を測定すると、パルスの数え落としが生じてしまい、計数値の精度が低下する。
【００２６】
例えば、大容積のシンチレータ部を有するシンチレーション検出器（以下、「大容積検出器」と略す）１０ａ又は１０ｂ１個の入射γ線に対する幾何学的効率を３０％とした場合、ポジトロン核種崩壊による消滅γ線は必ず正反対方向に２本放出されるため、各シンチレーション検出器（１０ａ又は１０ｂ）がポジトロン核種の１崩壊を検出する効率（幾何学的効率）は６０％となる。すなわち、ポジトロン核種が崩壊した場合、その崩壊により生じた消滅γ線は、６０％の確率で一方のシンチレーション検出器（１０ａ又は１０ｂ）に入射する。同時計数を行った場合の効率は個々の検出器の効率の２乗となるので、本実施例において大容積検出器を用いた第１の検出部の検出効率は最大３６％程度となる。前述した１００ｋｃｐｓの計数率上限は、３６％の検出効率の場合では約２．８×１０５  Ｂｑの放射能に相当するので、第１の検出部で約２．８×１０５  Ｂｑを超える放射能を有する試料を測定すると、パルスの数え落としが生じるため、測定される計数値が真の値よりも低くなる。この場合、その計数値に基づき求める放射能（Ｂｑ値又はｄｐｍ値など）の精度は低下する。つまり、図４に示すように、試料の実際の放射能値が約２．８×１０５  Ｂｑを超えた場合は、試料の実際の放射能値に対する測定放射能値の直線性が損なわれてしまう。ところが、核医学関係では、最大約７．４×１０９  Ｂｑの放射能を測定する必要があり、大容積検出器を用いた第１の検出部は、そのような比較的高レベルの放射能に対しては測定精度が極めて低くなる。
【００２７】
そこで、本実施例は、小容積のシンチレータ部を用いたシンチレーション検出器（以下、「小容積検出器」と略す）２０ａ及び２０ｂを用いた第２の検出部を更に設けることにより、比較的高レベルの放射能を有する試料に対して対応可能となっている。
【００２８】
すなわち、例えば前述の例（大容積検出器の幾何学的効率が３０％の例）に則して言えば、小容積検出器２０ａ及び２０ｂの幾何学的効率が、例えば大容積検出器の１／２００となるように、シンチレータ部２１ａ及び２１ｂの体積、及び小容積検出器２０ａ及び２０ｂ自体の配置位置を設計しておくことにより、第２の検出部の検出効率は最大９×１０−６程度となる。この検出効率においては、前述した１００ｋｃｐｓの計数率上限は１．１×１０１０Ｂｑの放射能に相当する。従って、小容積検出器を用いた第２の検出部は、核医学関係で用いられる上限レベル付近の放射能に対応することができる。
【００２９】
このように、本実施例は、大容積検出器（１０ａ及び１０ｂ）を用いた第１の検出部と小容積検出器（２０ａ及び２０ｂ）を用いた第２の検出部の２つの検出部を用いることにより、広い測定範囲にわたって精度よく測定が行える。すなわち、本実施例によれば、２つの検出部を組み合わせることにより、図５に示すように１０１０Ｂｑ付近まで測定値の直線性が維持することができ、第１の検出部の検出限界を超える放射能レベルについては第２の検出部の測定結果を採用することにより、精度の良い測定値を求めることができる。
【００３０】
つまり、本実施例では、低レベルから高レベルにわたる広い測定範囲において適切な測定結果を得るために、計測制御部３０が、第１の検出部についての測定値と第２の検出部についての測定値のうち適切な方を自動的に選択して出力する。具体的に言えば、計測制御部３０において、第１の（すなわち大容積の）検出部に対し検出限界（要求される精度を保ちつつ測定することができる最大の放射能）に対応した閾値（図５の例では、例えば１×１０５  付近の値）を設定しておく。そして、計測制御部３０は、第１の検出部の測定値がその閾値を超えるまではその第１の検出部の測定値を測定放射能値として出力し、第１の検出部の測定値がその閾値を超えた場合は、第２の（すなわち小容積の）検出部の測定値を測定放射能値として出力する。
【００３１】
このように、計測制御部３０において、各検出部の計数値のうち最適なものを採用する構成とすることにより、広い測定範囲にわたって、測定精度の要求を満たした正確かつ精密な測定結果（放射能値）を得ることができる。
【００３２】
なお、本実施例では、第２の検出部のシンチレータ部２１ａ及び２１ｂが、第１の検出部のシンチレータ部１１ａ及び１１ｂにそれぞれ挿入固定されているため、第１の検出部の検出効率（感度）を高くとることができる。すなわち、小容積のシンチレータ部２１を大容積のシンチレータ部１１の内部に組み込む構成とすることにより、大容積検出器１０の幾何学的効率を理論上５０％（すなわち、ポジトロン核種の１崩壊に対する効率としては１００％）にまで大きくすることが可能となる。従って、本実施例の構成によれば、低レベルの放射能に対して高感度としたまま、測定範囲を広げて高レベルの放射能についても精度の高い測定を行うことができる。
【００３３】
本実施例に関する参考例として、図２に示す構成が考えられる。図２に示す構成は、小容積シンチレータ部２１を大容積シンチレータ部１１に組み込むのではなく、大容積検出器１０ａ及び１０ｂの対と小容積検出器２０ａ及び２０ｂの対とを一平面内に配設したものである。図２に示す変形例は、回路構成については図１の例と同様である。このような構成によれば、大容積検出器１０の幾何学的効率を最大（５０％）にすることはできないものの、比較的簡単な構成で、図１の例と同様の効果を得ることができる。
【００３４】
なお、以上説明した実施例では検出部の数が２つであったが、検出部の数を３個以上として、更に測定範囲を広げることも可能である。この場合も各検出部について各々の検出限界に対応した閾値を設定しておき、検出限界の低い検出部から順に測定値とその閾値とを比較し、測定値がその閾値を超えない検出部のうちで最も感度の高いものの測定値を最終的な測定結果として採用すればよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、妨害核種やバックグラウンドによるγ線の影響を排除してポジトロン核種の崩壊による消滅γ線のみを高い精度で検出することができると共に、広い測定範囲にわたって、測定精度の要求を満たした正確かつ精密な測定結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るポジトロン検出装置の実施例の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係るポジトロン検出装置に関する参考例の要部の構成を示すブロック図である。
【図３】各シンチレーション検出器の検出信号と同時計数回路の出力信号との関係を示すタイムチャートである。
【図４】試料の放射能に対する第１の検出部の測定値の特性を示すグラフである。
【図５】試料の放射能に対する本実施例の測定結果の特性を示すグラフである。
【図６】従来のポジトロン検出装置の構成を示すブロック図である。
【図７】試料内にポジトロン核種のみが含まれる場合の試料のエネルギースペクトルの一例を示す図である。
【図８】試料内にポジトロン核種以外の妨害核種が含まれる場合の試料のエネルギースペクトルの一例を示す図である。
【符号の説明】
１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂ  シンチレーション検出器、１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂ  シンチレータ部、１２ａ，１２ｂ，２２ａ，２２ｂ  光電子増倍管（ＰＭＴ）、１４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂ  増幅器（ＡＭＰ）、１６，２６  同時計数回路、３０  計測制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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