(57)【要約】  本発明の課題は、小体積のガンマ線検出器において、ガンマ線源の存在位置方向を検出することにある。  ガンマ線を検出する複数の検出ピクセルと、所定のガンマ線の飛来方向に対して検出ピクセルでどのような実測頻度データが得られるはずであるかという対応関係を予め記憶した記憶装置と、複数の検出ピクセルで検出したガンマ線の実測頻度データを測定し、実測頻度データと記憶装置の対応関係を用いてガンマ線の飛来方向を演算する計測演算部とを有することを特徴とするガンマ線方向検出装置。
2011001610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガンマ線を検出する複数の検出ピクセルと、
所定のガンマ線の飛来方向に対して前記検出ピクセルでどのような実測頻度データが得られるはずであるかという対応関係を予め記憶した記憶装置と、前記複数の検出ピクセルで検出したガンマ線の実測頻度データを測定し、前記実測頻度データと前記記憶装置の前記対応関係を用いてガンマ線の飛来方向を演算する計測演算部とを有する
ことを特徴とするガンマ線方向検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載のガンマ線方向検出装置において、
前記実測頻度データとして、ダブルピクセルイベントでの各ピクセルへのエネルギー付与量で順位づけした２点間相対位置の頻度データを用いる
ことを特徴とするガンマ線方向検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載のガンマ線方向検出装置において、
前記実測頻度データとして、シングルピクセルイベントでの全エネルギー吸収位置の頻度データを用いる
ことを特徴とするガンマ線方向検出装置。
【請求項４】
請求項１に記載のガンマ線方向検出装置において、
前記実測頻度データとして、ダブルピクセルイベントでの各ピクセルへのエネルギー付与量で順位づけした１点の位置の頻度データを用いる
ことを特徴とするガンマ線方向検出装置。
【請求項５】
請求項１に記載のガンマ線方向検出装置において、
前記実測頻度データとして、
シングルピクセルイベントでの全エネルギー吸収位置の頻度データ、ダブルピクセルイベントでの各ピクセルへのエネルギー付与量で順位づけした２点間相対位置の頻度データ、ダブルピクセルイベントでの各ピクセルへのエネルギー付与量で順位づけした１点の位置の頻度データ、とを少なくともいずれか二つ以上組み合わせて用いる
ことを特徴とするガンマ線方向検出装置。
【請求項６】
請求項５において、
計測データと飛来方向の前記対応関係として、用いる計測データに対応し、各飛来方向パラメータごとに、十分な計数を得たものを用い、
前記計測演算部は飛来方向を演算する手法として、
各飛来方向をパラメータとし、
計測データの実現確率すなわち尤度または対数尤度を計算し、
その尤度または対数尤度の各飛来方向パラメータに対する大小関係から飛来方向を推定する手法を用いる
ことを特徴とするガンマ線方向検出装置。
【請求項７】
請求項６において、
各飛来方向をパラメータとした尤度または対数尤度を
極座標表示する
ことを特徴とするガンマ線方向検出装置。
【請求項８】
前記請求項７において、
各飛来方向をパラメータとした尤度または対数尤度を
極座標表示する表示部の角度を検出装置本体に対し任意の位置に変更する接続部を有する
ことを特徴とするガンマ線方向検出装置。
【請求項９】
請求項１において、隣り合う前記検出ピクセルの隙間を空けず、検出ピクセルを密に詰めて配置したガンマ線方向検出装置。
【請求項１０】
請求項１において、隣り合う前記検出ピクセルの隙間を空けて配置したガンマ線方向検出装置。
【請求項１１】
所定のガンマ線の飛来方向に対して、ガンマ線を検出する複数の検出ピクセルでどのような実測頻度データが得られるはずであるかという対応関係を予め記憶したガンマ線方向検出装置が、
複数の前記検出ピクセルでガンマ線を検出して、
複数の前記検出ピクセルで検出したガンマ線の実測頻度データを測定し、前記実測頻度データと前記記憶装置の前記対応関係を用いてガンマ線の飛来方向を演算する
ことを特徴とするガンマ線方向検出方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載のガンマ線方向検出方法において、
前記実測頻度データとして、ダブルピクセルイベントでの各ピクセルへのエネルギー付与量で順位づけした２点間相対位置の頻度データを用いる
ことを特徴とするガンマ線方向検出方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載のガンマ線方向検出方法において、
前記実測頻度データとして、複数の前記検出ピクセルで検出したガンマ線の実測頻度データとして、シングルピクセルイベントでの全エネルギー吸収位置の頻度データを用いる
ことを特徴とするガンマ線方向検出方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載のガンマ線方向検出方法において、
前記実測頻度データとして、
ダブルピクセルイベントでの各ピクセルへのエネルギー付与量で順位づけした１点の位置の頻度データを用いる
ことを特徴とするガンマ線方向検出方法。
【請求項１５】
ガンマ線を検出する複数の検出ピクセルと、
複数の前記検出ピクセルを用いてガンマ線を測定し、ガンマ線の飛来方向を演算する計測演算部と、
前記ガンマ線の飛来方向を表示する表示部と、
前記表示部の角度を検出装置本体に対し任意の位置に変更する接続部とを有する
ことを特徴とするガンマ線方向検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガンマ線検出器につき、特に小体積で線源の存在する方向情報を得る方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の線源の存在する方向情報を得るガンマ線検出器技術にはガンマカメラ，コンプトンカメラ（非特許文献１）およびアドバンストコンプトンカメラ（非特許文献２）がある。コンプトンカメラと呼ばれる、主に天文分野で用いられるガンマ線検出器が存在するが、良い方向分解能を得るために２層の検出器を隙間を空けて配置するものがある。アドバンストコンプトンカメラ（以下ＡＣＣ，非特許文献２）が、コニカルセクションから真の線源位置を抜粋するための技術として提案され分布の局在化に成功している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】瓜谷章（１９９９）応用物理学会  放射線分科会誌  放射線  Ｖol.２５  Ｎo.１、ｐ.８７
【非特許文献２】栗原孝史（２００８）法政大学情報メディア教育研究センター研究報告  Ｖol.２１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
個人携帯用の線量計は一般にガンマ線の飛来方向情報を取得できない。【０００５】
ガンマカメラと呼ばれる、医療分野で用いられるガンマ線検出器では、鉛コリメータなどにより方向情報を得るが、コリメータ部の体積と質量が大きい。またコリメータの穴が向いている或る方向範囲のみにしか感度を持たない。特に２００ｋｅＶ〜５００ｋｅＶを超える高エネルギーのガンマ線では、コリメータに要する鉛等の厚さ（重さ）の増加がはなはだしく、実用性を失う。従来可能なコリメータを用いる方法では、重量と不感方向に問題があった。【０００６】
コンプトンカメラと呼ばれる、主に天文分野で用いられるガンマ線検出器が存在するが、良い方向分解能を得るために２層の検出器を隙間を空けて配置するため、一般に数１０cm以上の大体積を要し、体積に比較して感度が悪く携帯に向いていない。またコンプトン散乱イベントで発生する２つの粒子である電子と光子を分離するために、初段の検出器と後段の検出器で材質（原子番号と密度）に差をつけることが望ましく、高感度の検出器に統一しないのが普通である。また得られる情報はバックプロジェクション円錐が為すコニカルセクションと呼ばれる任意立体に対する部分円錐面（または任意表面に対する楕円などの線分）であり、これは真の線源位置を含むが広い範囲に薄く広がるため、よい分布形状ではない。【０００７】
アドバンストコンプトンカメラ（以下ＡＣＣ，非特許文献２）が、コニカルセクションから真の線源位置を抜粋するための技術として提案され分布の局在化に成功している。しかし、コンプトン電子飛跡からその方向情報を得るため初段の検出器材質として気体を用いる必要があり、体積あたりのガンマ線感度は非常に悪い（固体に対し約１／１０００）。コンプトンカメラでは小体積での感度と方向分解能に問題があった。【０００８】
本発明ではこれらの課題を解決し、不感方向なしでの放射線の飛来方向情報の取得を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
ガンマ線を検出する複数の検出ピクセルと、所定のガンマ線の飛来方向に対して検出ピクセルでどのような実測頻度データが得られるはずであるかという対応関係を予め記憶した記憶装置と、複数の検出ピクセルで検出したガンマ線の実測頻度データを測定し、実測頻度データと記憶装置の対応関係を用いてガンマ線の飛来方向を演算する計測演算部とを有することを特徴とするガンマ線方向検出装置。
【発明の効果】
【００１０】
不感方向なしでの放射線の飛来方向情報を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】入射ガンマ線方向検出装置の概要および使用データ定義図である。
【図２】実測頻度データＤｉを用いた飛来方向演算方法の説明図である。
【図３】Ｆ位置理想頻度パターンの飛来方向依存性の図である。
【図４】ＬＨベクトル理想頻度パターンの飛来方向依存性の図である。
【図５】ＬＨベクトルの飛来方向依存性（ｅＬをエネルギーウィンドウ分割）の図である。
【図６】最尤推定法を用いた飛来方向推定方法の説明図である。
【図７】実測頻度データＤｉと理想頻度パターンＥｉを用いた最尤推定法による飛来方向推定結果サンプルの図である。
【図８】入射ガンマ線方向検出装置の概要および使用データ定義（３Ｄ）の図である。
【図９】インターフェース部概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下各実施例を用いて発明を説明する。
【００１３】
ガンマ線を検出する複数の検出ピクセルと、所定のガンマ線の飛来方向に対して検出ピクセルでどのような実測頻度データが得られるはずであるかという対応関係を予め記憶した記憶装置と、複数の検出ピクセルで検出したガンマ線の実測頻度データを測定し、実測頻度データと記憶装置の対応関係を用いてガンマ線の飛来方向を演算する計測演算部とを有するガンマ線方向検出装置について説明する。
【００１４】
ガンマ線の方向情報を得るための手段は大きく二つに分けられる。手段１は検出器と相互作用を起こす前のガンマ線束に方向に依存する濃淡をつける方法（例：コリメータ）であり、手段２は検出器との相互作用後の別粒子に残る飛来方向情報を見る方法（例：コンプトンカメラ，ＡＣＣ）である。
【００１５】
本実施例の一つではこの両者を共に同時に用いる。この両者を別々に用いることもできる。具体的には飛来方向に関する情報を維持しつつ簡略化（低次元化）した複数の実測値からなる頻度データ（Ｆ位置，ＬＨベクトル，Ｌ位置）を用いる。Ｆ位置頻度データは手段１に対応し、検出器自身による濃淡（或る検出ピクセルより手前の検出ピクセルによる減衰）を用いる。これは感度の観点では手段１内で最善といえる。
【００１６】
ＬＨベクトル頻度データは手段２に対応する。ＬＨベクトルはコンプトン散乱の電子と光子を見分ける必要なく飛来方向に良い相関を持つ頻度分布をなすため、コンプトンカメラと異なり検出器材質を高感度のものに統一してよい。また、ｘｙ２値をθ１値に変換しないという冗長性により、ＬＨベクトル長が小さいときに角度分解能が悪いという情報を残し、ＬＨベクトル長が大きいときの情報を正しく優遇する機能があるため、コンプトンカメラと異なり、検出器を密に詰めることが可能となる。
【００１７】
Ｌ位置は手段１と手段２に寄る計測量であり、やはり飛来方向に依存する。用いる計測量種類を増やすことで、少カウントでの正しい演算結果取得につなげる。
【００１８】
手段１と手段２による、これらの複数の頻度データを飛来方向情報に変換するための手法例として最尤推定法を示した。これは、事前に全ての候補方向（方向パラメータ）ごとに、理想的な多カウントでの頻度パターンを取得しておき、実測データを実現する確率（尤度）の全方向パラメータに対する値をその理想頻度パターンを用いて計算し、その最大の尤度をなす方向パラメータを推定値として選ぶ手法である。３種データによる複合推定を行い、少カウントでの正しい推定が可能となる。
【００１９】
また、最尤推定法のように、順方向の演算のみに基づき、逆演算（例：コンプトンカメラでの円錐生成）を用いないですむことは、広い仮定範囲を要するため必要な計算量を増加させるが、広がった分布を１点に戻せる利点があり、方向分解能向上に寄与する。
【００２０】
ＬＨベクトル頻度データとＬ位置頻度データによりコンプトン散乱から情報が得られ、適用可能エネルギーをコンプトン散乱が主となる領域（例えば２００ｋｅＶ〜４ＭｅＶ）まで広げる。
【００２１】
コリメータなしで動作するため、小重量，高感度であり、不感方向を持たない。また、高感度な材質で統一し、密に詰めた検出器で動作するため、小体積での高感度が得られる。
【００２２】
３種の頻度データを同時に用いて飛来方向情報を得るため、より少カウントで正しい結果が得られる。少カウントでの正しい飛来方向情報の取得は間接的な高感度化である。
【００２３】
以上から、人間が携帯可能な小体積（かつ小重量，高感度，不感方向なし）での方向情報の取得を可能とする。
【００２４】
また、インターフェース部の効果として、対数尤度の極座標プロットは飛来方向推定値の信頼性情報を与え、表示部の角度調整による現実との一致は対応把握を容易にする。
【００２５】
以下図面を用いて実施例を説明する。
【実施例１】
【００２６】
第一の実施例として、線源が略平面内（例えば上下±３０度以内）に存在する方向、すなわちガンマ線の飛来方向の推定に関するものを示す。【００２７】
図１に入射ガンマ線方向検出装置の概要および使用データ定義を示す。ガンマ線源１がｘｙ平面上に存在し、ガンマ線源１は入射ガンマ線方向検出装置１０から十分遠くにあるため（例えば検出器１０の有感部幅の１０倍以上）、ガンマ線源１からの複数の入射ガンマ線３の飛来方向２（＝経度方向θ）は同一と考えてよい場合を考える。検出器１０の有感部幅の代表値は３〜１０cmとする。また方向決定を行う入射ガンマ線３の種類は事前に決定しておき、対応する全吸収エネルギーの例えば±２％幅のウィンドウを興味ガンマ線エネルギー範囲１７とする。事前に決定しない場合は後述する。同時に複数の興味ガンマ線エネルギー範囲１７を扱っても良い。【００２８】
検出器１０はシャーシ４，保持部材５とコネクタ８により支えられた基板７上に実装された複数の検出ピクセル６からなる。放射線を検出する検出ピクセル６は半導体検出器、シンチレータ＋フォトダイオード，シンチレータ＋アバランシェフォトダイオード，シンチレータ＋マルチピクセルアバランシェフォトダイオードなどのどれでもよいが、高エネルギーガンマ線３およびそのコンプトン散乱光子１２の検出のため、ある程度実効原子番号や質量密度が大きいことが望ましい（例えば実効原子番号＞３０，質量密度＞５ｇ／cm3）。図示しないが、バイアス電圧印加や信号取得のための電極部材等が適切に存在するものとする。【００２９】
また、検出ピクセル６はｚ方向に一つの素子であってもよいし、良いエネルギー分解能を得るために、ｚ方向への分割で適切なサイズまで検出素子を小さくしてｚ方向に投影した（ｚ方向を無視した）情報を出力するものでもよい。一つの素子サイズ下限は電子飛程（例えば１００μｍ）に対し十分大きい（例えば５倍以上）必要性で規定される。素子サイズ上限は前述のエネルギー分解能性能のほかに、検出ピクセル６の一層でガンマ線３を止めすぎない程度に小さい（例えば平均自由行程の２倍以下）必要性で規定される。入射ガンマ線３に対する平均自由行程は検出ピクセル６の種類、ガンマ線３のエネルギーに依存するが、例えば２０mmである。これらから、適する検出ピクセル６の代表サイズ（立方体である必要はない）を０.５mm〜４０mm、好ましくは１〜２０mm程度とする。また、電荷分割法や、半導体検出器の電極のみを区切るなど、空間分解能が検出ピクセル６母材のサイズより小さい測定手法もあるが、その場合は空間分解能サイズあるいはビニング（binning）サイズを検出ピクセル６と読み替えればよい。【００３０】
計測演算部９は各検出ピクセル６に対し、その内部に付与されたエネルギーの量ｅをその時刻ｔとｘ座標，ｙ座標と共に記録および通信するための性能を与えるものであり、チャージアンプ，シェイピングアンプ，ピークホールドなどを用いる一般的な放射線検出技術である。半導体検出器やアバランシェフォトダイオードの場合には高圧電源なども含む。また、後述する最尤推定法などの演算もここで行う。【００３１】
一般の検出器の性能として検出ピクセル６単体は入射ガンマ線３の飛来方向２を識別できない。時間分解能は一般的な性能として数ｎsec〜数μsec程度の、計数率の逆数に対し十分によく、検出器１０内の光飛行時間差（数十ｐsec）を分解できない程度に悪い場合を考え、それ以下の時間差で発生する二つ以上の計測を同時と表現する。【００３２】
入射ガンマ線３の飛来方向２を知るためには、飛来方向２の変化に依存して変化する何らかの計測値が必要である。以下にそれを述べる。【００３３】
可視光などと同様に、ガンマ線は物質を透過するときの相互作用により、その個数を指数関数的に失う。ガンマ線の物質に対する相互作用のうち主たるものは光電効果、コンプトン散乱，電子対生成である。検出ピクセル６の実効原子番号に依存するが、Ｚ＝４０程度のとき、光電効果が主となるガンマ線エネルギー範囲は約２００ｋｅＶ以下、コンプトン散乱が主となるのは約２００〜８ＭｅＶ、電子対生成が主となるのは約８ＭｅＶ以上である。装置線源の位置が不明なことはまずないので、対象とするガンマ線源１をラジオアイソトープと限定すれば放出されるガンマ線３の上限は普通２ＭｅＶ程度、低放射率の成分でも４ＭｅＶ程度であり、電子対生成は重要でない。【００３４】
光電効果では、入射ガンマ線３Ａのように、そのすべてのエネルギーが近傍（例えば１mm以内）に付与され、或る一つの検出ピクセル６で入射ガンマ線３そのままのエネルギーが検出される確率が高い。逆に、或る検出ピクセル６で興味ガンマ線エネルギー範囲１７（例えば１.３３ＭｅＶ±２％）にあるエネルギー付与イベントを検出した場合をシングルピクセルイベントと定義すれば、その主成分は光電効果によるものになる。他の成分としてはコンプトン散乱の散乱光子がごく近傍で再吸収された場合などを含む。このシングルピクセルイベントが起きた位置を全エネルギー吸収位置Ｆとし、その頻度分布をとったＦ位置実測頻度データＤ１が方向決定に用いるデータの第１種である。Ｄ１のビン区分けがインデックスｘ，ｙによることをＤ１［ｘ］［ｙ］と示す。座標とインデックスは一対一対応であり適宜変換可能とする。この頻度（カウント）はガンマ線源１がラジオアイソトープであれば、ポアソン分布に従う計測量となる。【００３５】
コンプトン散乱では、一つの入射ガンマ線３はコンプトン散乱光子１２とコンプトン電子（図示せず）の二つの粒子を発生させる。典型的には、電子飛程が検出ピクセル６のサイズより小さいことからコンプトン散乱を起こした検出ピクセル６にコンプトン電子のエネルギーが付与され、対となるコンプトン散乱光子１２のエネルギーは別の検出ピクセル６に付与される。【００３６】
２つの検出ピクセル６で同時にエネルギー付与が起き、その合計が興味ガンマ線エネルギー範囲１７（例えば１.３３ＭｅＶ±２％）にあるときをダブルピクセルイベントと定義すれば、コンプトン散乱によるものはその主成分となる。その他の成分はコンプトン散乱が多重発生した場合やコンプトン光子以外の（特性Ｘ線などの）エスケープによるものである。この同時判定および興味ガンマ線エネルギー範囲１７内外の判定により、ノイズ成分である外来散乱線の識別および除去が可能となる。【００３７】
ダブルピクセルイベントのうち、コンプトン散乱に注目すると、電子と光子に分配されるエネルギーは入射ガンマ線３を基準としたコンプトン散乱光子１２の角度αの関数として【００３８】
【数１】
2011001610.tif 000003
Ｅ0：入射光子エネルギー
Ｅp：コンプトン散乱光子エネルギー
Ｅe：コンプトン散乱電子エネルギー
の式で表される（図１内で３と１２の対が為す角度はαではなくαがｘｙ平面上に投影されたものである）。入射ガンマ線３Ｂはこの角度が小さい場合の例であり、電子側のエネルギーが低く、光子側のエネルギーが高い。入射ガンマ線３Ｃはこの角度が大きい場合の例であり、エネルギーの付与量は電子側が高、光子側が低と逆転している。これは実際の測定時には（飛来方向２が既知である場合を除外して）エネルギー付与が起きた２つの検出ピクセル６のどちらが電子でありどちらが光子であるかを識別することはできないことを示す。【００３９】
知ることができない電子と光子の位置の代わりに、ダブルピクセルイベントの時刻以外の生データである（ｘ，ｙ，ｅ）２組をエネルギーの大小で特徴づけ、エネルギーの低い方をＬ、高い方をＨ、それぞれの（ｘ，ｙ，ｅ）を（ｘＬ，ｙＬ，ｅＬ）、（ｘＨ，ｙＨ，ｅＨ）と呼ぶことにする。このＬ位置からＨ位置への相対座標（ｘＨ−ｘＬ，ｙＨ−ｙＬ）をＬＨベクトルとして方向の決定に用いることを考える。３ＢはＬＨベクトル１３がコンプトン散乱光子１２の経路と一致する場合、３Ｃは反転する場合を表している。ＬＨベクトルはαが１８０度に近いときには０度側に反転するので、０度側に偏りやすい性質をもつことがわかる。すなわち新しく定義したＬＨベクトル１３は、飛来方向２によい相関を持つことが期待できる。【００４０】
このダブルピクセルイベント時のＬＨベクトル実測頻度データＤ２を方向決定に用いるデータの第２種とする。また生データには未使用の独立成分として（ｘＬ，ｙＬ）があることを考えれば、それをＬ位置と定義して実測頻度データＤ３を第３種として用いることが有用でありうる。このＬＨベクトル実測頻度データＤ２とＬ位置実測頻度データＤ３は低い側のエネルギーｅＬについてエネルギーウィンドウ処理をかけて分割してもよい。ｅＬとｅＨの和は興味ガンマ線エネルギー範囲１７に入るよう選別しているのでｅＨは独立ではなく、ｅＨにウィンドウ処理を掛ける必要はない。このときＤ２とＤ３のビン範囲をＤ２［ｗ］［ｘＲｅｌ］［ｙＲｅｌ］，Ｄ３［ｗ］［ｘ］［ｙ］と示す。Ｒｅｌは相対座標、ｗはエネルギーウィンドウ番号の意味である。Ｄ２，Ｄ３のカウント数もＤ１と同様にポアソン分布となり、後段での取扱いが容易である。尚、実測頻度データのＤ４として、ＬＨベクトル実測頻度データＤ２のエネルギーの大小の位置情報である（ｘＬ，ｙＬ，ｘＨ，ｙＨ）を用いることもできる。これらの実測頻度データの総称をＤｉとする。実測頻度データＤｉは計測演算部９の一部をなすストレージ２２によって保持される。【００４１】
高エネルギー（例えば２ＭｅＶ以上）で検出ピクセル６を小さく（例えば１mm以下）していけば、入射ガンマ線３やコンプトン散乱光子１２の相互作用位置近傍で、それぞれ複数の検出ピクセル６に対するエネルギー付与が起こることが普通になるが、そのような場合でも、或る一定距離（例えば３mm）以下の２グループに局在しているとみなせる場合には、各グループの合計エネルギーと代表位置を用いることで上記のフォーマットに合わせることが可能である。【００４２】
検出器１０は背面にインターフェースパネル１５を持ち、情報の表示及び入出力を行うことができる。【００４３】
図２に実測頻度データＤｉを用いた飛来方向演算方法を示す。【００４４】
尚、図中に示したファンクションの演算処理は、記憶手段やＣＰＵを備えたコンピュータなどで実施することができ、また装置の有する機能としての処理手段などはプログラムモジュールであり、モジュールを読み込んでコンピュータに実行させることで各機能を実施することができる。また、プログラムモジュールを記録した記録媒体をコンピュータに読み込ませることにより各機能を実施可能である。【００４５】
或る興味ガンマ線エネルギー範囲１７に対し、或る飛来方向２（＝θ）からガンマ線３群が入射するときを考える。検出器１０内のガンマ線検出部２１により、ガンマ線３群は図１で定義した実測頻度データＤｉに変換される。ガンマ線検出部２１は検出ピクセル６群と計測演算部９の一部（チャージアンプ等）よりなる。【００４６】
ここで実測頻度データＤｉは飛来方向２に依存して得られるので、事前に全ての飛来方向２に対して、どの飛来方向２に対してどのような実測頻度データＤｉが得られるはずであるという対応関係を調べることができる。これを実測頻度データ・飛来方向の対応情報２３とする。これは、おおまかには多値関数Ｄｉ＝Function（θ）、より直接的には多引数関数θ＝Function-1（Ｄｉ）であり、Ｄｉ＝Function（some（θ））のような多段の関数関係でもよい（統計的な物理現象を記述するための理想頻度パターンＥｉを用いた更なる変形例は実施例２である）。実測頻度データ・飛来方向対応情報２３は検出器１０のガンマ線検出部２１自分自身による実測に基づくもの（２３Ａ）でもよいし、外部装置２７（例えばＰＣ）から転送された情報（例えば計算機シミュレーション結果）でもよい（２３Ｂ）。対応情報２３は計測演算部９の一部をなすストレージ２２によって保持される。ストレージ２２は情報を記憶する記憶装置であり、ＣＰＵがアクセスできる主記憶装置としても良い。【００４７】
このような対応情報２３があれば、或る実測頻度データＤｉを飛来方向２に戻すような演算が可能である。対応情報２３がθ＝Function-1（Ｄｉ）と得られていれば直接的に、Ｄｉ＝Function（θ）として得られていればＤｉが一致するθを探すことで飛来方向演算値２５が得られる。これを為す部分を計測演算部９の一部である飛来方向演算部２４とする。実測頻度データＤｉも実際には直接ではなくストレージ２２を介して飛来方向演算部２４に入力されるが、図２ではわかりやすさ（対比）のため省略した。また、実測頻度データ・飛来方向対応情報２３は全ての方向ではなく、一部でもよく、所定の複数の方向とすることもできる。【００４８】
得られた飛来方向演算値２５は検出器１０背面にあるインターフェースパネル１５へ表示部９１によって使用者に伝達される。また飛来方向演算値２５や実測頻度データＤｉを含む任意情報２６を表示部９１や入出力部９５を介した外部装置２７に伝達してよい。【００４９】
上述した例では、実測頻度データＤｉを用いて説明したが、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３の実測頻度データのいずれか一つ以上を用いて放射線の飛来方向を演算することができる。また、シングルピクセルイベントが起きた位置を全エネルギー吸収位置Ｆとし、その頻度分布をとったＦ位置実測頻度データＤ１を方向決定に用いた場合、複数相互作用の同時性の情報のための時刻ｔの計測データは不要とすることができる。【００５０】
このように、放射線を検出する複数の検出ピクセルと、所定の放射線の飛来方向に対して検出ピクセルでどのような実測頻度データが得られるはずであるかという対応関係を予め記憶した記憶装置と、複数の検出ピクセルで検出した放射線の実測頻度データを測定し、実測頻度データと記憶装置の対応関係を用いて放射線の飛来方向を演算する計測演算部とを有する放射線方向検出装置により、人間が携帯可能な小体積、かつ小重量，高感度，不感方向なしでの放射線の飛来方向情報を取得することができる。【００５１】
また、所定の放射線の飛来方向に対して、放射線を検出する複数の検出ピクセルでどのような実測頻度データが得られるはずであるかという対応関係を予め記憶した放射線方向検出装置が、複数の検出ピクセルで放射線を検出して、複数の検出ピクセルで検出した放射線の実測頻度データを測定し、実測頻度データと記憶装置の対応関係を用いて放射線の飛来方向を演算する放射線方向検出方法により、人間が携帯可能な小体積、かつ小重量，高感度，不感方向なしでの放射線の飛来方向情報を取得することができる。【００５２】
また、実測頻度データとして、シングルピクセルイベントでの全エネルギー吸収位置の頻度データ，ダブルピクセルイベントでの各ピクセルへのエネルギー付与量で順位づけした２点間相対位置の頻度データ、ダブルピクセルイベントでの各ピクセルへのエネルギー付与量で順位づけした１点の位置の頻度データ、とを少なくともいずれか二つ以上組み合わせて用いて放射線の飛来方向を演算する放射線方向検出方法により、少カウントでの正しい推定が可能となる。
【実施例２】
【００５３】
実施例２として、飛来方向演算部２４として好適な例である最尤推定法を用いた例を示す。最尤推定法に適した事前に準備すべき実測頻度データ・飛来方向対応情報２３として、理想頻度パターンＥｉを定義する。興味ガンマ線エネルギー範囲１７ごとに、すべての飛来方向２（＝θ、例えば３６０度を１５度刻み）から十分な多数回照射を行ったときに相当する特別な実測頻度データＤ１〜Ｄ３を考え、これを理想頻度パターンＥ１〜Ｅ３（総称をＥｉ）とする。十分な多数回照射とは、代表的な構造部を為す（カウントが多い）ビンで照射回数と頻度の比がほぼ一定値に収束するカウント（例えば１００００カウント以上）を与えるものとする。十分な多数回照射は検出器１０の実機で行ってもよく（２３Ａに相当）、計算機上で検出器１０の実装構造をモデル化し、起こりうるガンマ線相互作用物理を反映した計算機（乱数）シミュレーションで準備してもよい（２３Ｂに相当）。検出器１０の実機が寸法誤差などにより、感度その他に個体差を持つ場合には各検出器１０個体での実測が望ましい。理想頻度パターンＥｉの作成は、性能の経時変化などが無視できる範囲で、検出器１０の各個体で１回行えば後の複数回の測定で使うことが可能である。【００５４】
図３にＦ位置理想頻度パターンの飛来方向依存性を示す。Ｆ位置理想頻度パターンＥ１およびＦ位置実測頻度データＤ１とは、検出器１０（図示せず）内の検出ピクセル６それぞれのシングルピクセルイベント発生頻度、すなわちＦ位置となる頻度をとったものである。概略図として飛来方向２が９０度のときをＥ１ａ、飛来方向２が４５度のときをＥ１ｂとして示した。図のように、Ｆ位置理想頻度パターンＥ１はガンマ線源１が存在する側で多カウント、その逆側で少カウントを示す。これはガンマ線束（複数のガンマ線３）が物質を通過するときに指数関数的に減衰する物理性質によるものである。【００５５】
検出器１０を為すシャーシ４の内部（または相対位置が固定された外部）に明暗強調部材３１を備えることでＥ１に影による少カウント部３２をつくり、Ｆ位置理想頻度パターンＥ１の飛来方向２に対する相関を補強しても良い。重量増加と、影による少カウント部３２をつくる飛来方向２で感度が下がるデメリットを持つが、その飛来方向２の近傍方向を見分けやすくなる。これはコンプトン散乱が主たる相互作用ではなくなる２００ｋｅＶ以下の低エネルギーガンマ線に対しても飛来方向２の分解能を持たせるために特に有用である。【００５６】
明暗強調部材３１に適するものは高い原子番号、高い質量密度を持つ鉛やタングステンに数mm角（遮蔽率が例えば数十％）以上のサイズを持たせたものである。影になる少カウント部３２を全有感体積の数分の一に抑えれば（図３下では９０度のとき２５％＝２／８）、感度低下はその影での遮蔽率である数十％を乗じて例えば１０％程度に抑まる。これは、ある方向に対して感度を持たない（感度低下がほぼ１００％の）コリメータとは大きく異なる。明暗強調部材３１は複数の検出ピクセル６に囲まれるように配置してもよく、複数の明暗強調部材３１を用意してもよい。【００５７】
図４にＬＨベクトル理想頻度パターンの飛来方向依存性を示す。用いたガンマ線３のエネルギーは１.３３ＭｅＶ、実際の検出器では検出できるエネルギー下限に限界があることを考慮してｅＬ＞３０ｋｅＶでの分布を示してある。飛来方向２が９０度のときのＬＨベクトル理想頻度パターンがθ＝９０のＬＨベクトル頻度パターンＥ２ａ、飛来方向２が４５度のときのＬＨベクトル理想頻度パターンがθ＝４５のＬＨベクトル頻度パターンＥ２ｂである。ここでは原理説明として空間分解能に制限のない検出器による、主成分であるコンプトン散乱１回成分の抜粋を示した（よってこの図ではビンサイズ以下の構造も見えている）。適切な検出器ジオメトリ下においては、他の物理現象（複数回コンプトン散乱，特性Ｘ線エスケープ，電子エスケープ，検出器の有限な空間分解能など）を加味した場合でも飛来方向２と良好な相関を持つＬＨベクトル理想頻度パターンＥ２が得られている（図示せず）。【００５８】
ＬＨベクトルはＬ位置を起点としたＨ位置の相対座標ベクトルである。図４下のような位置ビンのサイズ、すなわち検出ピクセル６の個数がＮｘ＝８，Ｎｙ＝６のときには、ＬＨベクトルが属する相対座標のビン数はＮｘ＝１５（＝８＊２−１），Ｎｙ＝１１（＝６＊２−１）となり、Ｌ位置起点４１はその中央に配置される。起点を揃えたＬＨベクトル終点４２それぞれに対応するビンについて１カウントを与える。コンプトン散乱を起こしても、同一の検出ピクセル６にコンプトン散乱の電子／光子両方がエネルギーを付与したときはシングルピクセルイベントになるため、Ｌ位置起点４１のカウントはゼロである。【００５９】
このように複数のＬＨベクトル１３をプロットした結果であるＬＨベクトル理想頻度パターンＥ２ａ，Ｅ２ｂはガンマ線源１側に少カウント部、逆側に多カウント部を持つなど、飛来方向２の変化に対し強い依存性を持つことがわかる。すなわち、ＬＨベクトル１３の頻度分布をデータとして用いることで飛来方向２の決定に役立つことが予想できる。逆にＨ位置を起点としたＨＬベクトルというものを考えたとき、それは飛来方向２に対して向きが逆なだけで相関としてはＬＨベクトルと同じ結果が得られるため、ＨＬベクトルを用いてもよい。θの一次元情報を決定するためにｘ，ｙの二次元情報を保持し続けることは冗長ではあるが、単純にそれぞれのカウント単体でθ＝arctan（ｙ／ｘ）のようなｘ，ｙからθへの変換を行えば、大多数のカウントが存在するＬ位置起点４１近傍では角度情報が非常に荒く（例えば８近傍ピクセルでは方向を４５度にしか分離できていない）、良いθ分布が得られない。ｘ，ｙ情報を保持すれば、Ｌ位置起点４１から近いものと遠いものを分離できるため非常に有益である。またＬＨベクトルの経路長方向（Ｌ位置起点４１からの放射方向）にも角度ごとに異なる平均自由行程で指数関数的に減衰することも分布特徴の材料となっている。【００６０】
また第３のデータに対応するＬ位置理想頻度パターンＥ３は、ガンマ線源１側が多カウント、その反対側が少カウントというＥ１と類似の分布を示し、飛来方向２によい相関を持った（図示せず）。【００６１】
この分布は複合的な要因により為されるが、その要因の１つ目は、コンプトン散乱イベント位置つまりコンプトン電子位置での相互作用発生数がシングルピクセルイベントと同様にガンマ線３束の進行に連れて指数関数的に減衰する物理現象である。コンプトン電子位置は常にＬ位置とはならないことは前述の通りであるが、この分布がベースとなる。【００６２】
要因の２つ目として、Ｌ位置が電子位置ではなく光子位置を示すとき（図１３Ｃの場合）には、Ｌ位置は本来の（指数関数的な分布を示す）電子位置からＬＨベクトル１３分だけ戻って見える効果がある。ＬＨベクトル１３は奥向き（元のガンマ線３と同じ向き）になりやすいので、Ｌ位置は本来の電子位置から手前側になりやすい。つまりこの効果は指数関数的な減衰を強調する（高いカウントである手前側が３Ｃの場合には更に高くなる）ように働く。これによりＬ位置理想頻度パターンＥ３の飛来方向２との相関は更に高められる。【００６３】
更に、要因の３つ目として、検出器サイズが有限なことにより、端に近い検出ピクセル６ではコンプトン散乱光子１２が抜けやすく、Ｌ位置頻度が低くなる効果が存在する。この効果はＬＨベクトルが長い確率が高い方向（図４のように、元のガンマ線３と同じ方向）側で、より強く減衰を早めるため、ベースである指数関数的な減衰を強調するように働きうる。【００６４】
第２と第３の要因は、ＬＨベクトル理想頻度パターンＥ２とＬ位置理想頻度パターンＥ３の間になんらかの相関を与えるという複雑さをもたらすが、図６で後述する通り、対数尤度の計算で単純な加算をしても良い推定結果が得られ、特に悪影響はないことが確認できた。【００６５】
以上からＬ位置の代わりにＨ位置を用いることは、ベースとなるコンプトン電子位置でのカウントの指数関数的減衰をキャンセル（平坦化）する方向に働く。従って、ＬＨベクトルとＨＬベクトルが等価なこととは異なり、Ｈ位置を用いるより、Ｌ位置を用いる方が優れている。Ｌ位置に劣るが、Ｈ位置の頻度データを飛来方向２の決定に用いても良い。【００６６】
このようにＬＨベクトル理想頻度パターンＥ２とＬ位置理想頻度パターンＥ３を用いることは、（ｘＬ，ｙＬ，ｘＨ，ｙＨ）の４次元ビンを、（ｘＨ−ｘＬ，ｙＨ−ｙＬ）と（ｘＬ，ｙＬ）の２次元ビン２枚に置き換え、その飛来方位２に対する依存性（情報）を残しつつ、大幅にビン数を減らしていることにあたる。例として数値を挙げれば、１次元ピクセル数が８のときには、４次元ビン数４０９６（＝８4）から、２次元ビン２枚のビン数１２８（＝８2＊２）に減少し、その比率は１／３２である。これは測定後に推定を行う計算時間や計算資源（メモリ等）を１／３２にし、事前にＬＨベクトル理想頻度パターンＥ２とＬ位置理想頻度パターンＥ３を準備するコスト（計算機シミュレーション時間または測定時間）についても約１／３２にする。【００６７】
ただし，このビン数を減らさない生の（ｘＬ，ｙＬ，ｘＨ，ｙＨ）という４次元ビンの実施は、非常に大きい計算コストをまかなうことができれば、飛来方向２の情報をよく残す良い頻度分布である。これをＤ４およびＥ４とする。【００６８】
図５にＬＨベクトルの飛来方向依存性（ｅＬをエネルギーウィンドウ分割）を示す。図４と同じ１.３３ＭｅＶガンマ線の照射時に、ｅＬ（２ピクセルのエネルギー情報のうち低い方）に対するエネルギーウィンドウを３０〜６０ｋｅＶとしたときのＬＨベクトル分布である。式１の関係により、このエネルギー範囲ではコンプトン光子角度αが浅く、電子側のエネルギーが低い場合（図１の３Ｂ）のみが存在している。飛来方向２が９０度のときがＥ２ｃ、４５度のときがＥ２ｄであり、図４より更に狭いｘｙ範囲のみにカウントが局在していることがわかる。【００６９】
このように、ＬＨベクトル理想頻度パターンＥ２はｅＬによって異なる分布を示すため、ｗをエネルギーウィンドウ番号として分離したＬＨベクトル理想頻度パターンＥ２［ｗ］［ｘ］［ｙ］、を考えれば更に飛来方向２に対して特徴的な分布を示しうる。ただし、各測定後の計算量および事前に準備する理想頻度パターンＥｉの準備時間の増大とのトレードオフである。同様にＬ位置理想頻度パターンＥ３およびＬ位置実測頻度データＤ３をエネルギーウィンドウ分割してもよい。【００７０】
図６に最尤推定法を用いた飛来方向推定方法を示す。最尤推定法とは或るデータｄと求める値ωがあり、データｄの発生確率関数Ｐ（ｄ）が複数のω候補をパラメータとした条件付の確率関数Ｐ（ｄ｜ω）として事前に得られるときに、Ｐ（ｄ｜ω）が最大になるωを解として選択する演算手法である（このような尤度の大小による原因事象ωの選択を特に推定と呼び、分布の特徴を決定する原因事象ωを統計分野狭義のパラメータと呼ぶ）。【００７１】
最尤推定法演算部６１（２４の一例）は、事前に準備した理想頻度パターンＥｉ（２３の一例）と、或る実測頻度データＤｉとを入力として、飛来方向推定値６６を出力するものである。より簡単には理想頻度パターンＥｉを一定値とみなし、或る実測頻度データＤｉを入力として、飛来方向推定値６６を出力するものとみることもできる。【００７２】
実測頻度データＤｉを得るとき、図６でいう各測定とは１シングル／ダブルイベントの１カウントの検出ではなく、頻度分布を取るための例えば１秒間にわたる積算測定である。また、計数率が低く、どのエネルギーを興味ガンマ線対象とするかを決めるための測定時間が無視できない場合には、リストデータとして（ｘ，ｙ，ｅ，ｔ）をストレージ２２に持っておき、対象エネルギーが確定するだけのカウントを得た後に、遡って実測頻度データＤｉを作成するのがよい。存在しうるラジオアイソトープが数種類〜１０数種類に限られるならば複数の興味ガンマ線エネルギー範囲１７のＭ種を初めから設定しておき、全てに対する実測頻度データＤｉを得てもよい。基本的には各興味ガンマ線エネルギー範囲１７は独立に扱えるため、ここでは一つだけ存在する場合を考える。調整事項については後述する。【００７３】
対数尤度演算部６２では仮定したそれぞれの飛来方向パラメータ６３（θparam）に対する対数尤度６４を計算する。実測頻度データＤｉの各頻度値はポアソン分布に従う。ポアソン分布の確率質量関数（ＰＭＦ）は平均値カウントを与えれば得られるため、Ｄｉの計測量に相当する平均値パターンＡｉ［ｗ］［ｘ］［ｙ］（θparam）を作成したい。言い換えれば、それぞれのｉとｗについて、或るθparamを仮定したときに、Ａ［ｘ］［ｙ］という２次元頻度分布を１枚作成したい。Ａ［ｘ］［ｙ］は、理想的な多カウント数を持つ頻度パターンであるＥ［ｘ］［ｙ］を定数倍し、実測頻度データＤ［ｘ］［ｙ］と同等の少カウント数に調整したものである。Ｄ［ｘ］［ｙ］のカウント数の代表値としてｘｙ方向の合計値を考えれば、ΣＡとΣＤを一致させる以下の式でＡ［ｘ］［ｙ］を得ることができる。【００７４】
【数２】
2011001610.tif 000004
【００７５】
対数尤度６４は数学的には（式３）となる。サム記号以外の引数ｗ，ｘ，ｙの記述は省略した。計算機上で保持できる数値のレンジが階乗を表現しきれない（よく用いられるdouble実数型の上限は１.７ｅ３０８≒１７０！でしかない）ことを考えれば、ポアソン分布の確率質量関数は内部構造から対数値として得るのがよい。階乗値Ｄｉ！を適切な対数ガンマ関数lnGamma（Ｄｉ＋１）で置き換えることで扱えるＤｉの値が広がる。また、分布が極端にｘｙ方向に局在していれば理想頻度パターンＥｉでも頻度がゼロのビンが存在しうる。これは処理系によっては異常終了などを起こすため、そのビンについては計算をスキップするなどの例外処理を設けるのがよい。スキップは対数尤度＋０、つまりそのビンの実現値が起こる確率が１００％であることに相当し、PoissonＰＭＦ（Ｄ＝０｜Ａ＝０）＝１００％から妥当な処理と言える。この処理は、現実の計測では宇宙線などにより本来入るはずのないところにカウントが入る可能性が存在することを考えれば、Ａ［ｘ］［ｙ］が厳密なゼロではない場合に延用してもよい（例えばＡ＜０.０１カウントであればスキップなど）。単に平均値カウント全体に０.０１を足すような嵩上げでも良い。【００７６】
【数３】
2011001610.tif 000005
【００７７】
対数尤度の加算は同時確率が確率の積で示されることと等しい。Ｄ２とＤ３は完全に独立ではなく、なんらかの相関を持つが、ここでは単純な加算を行った。これはＤ１に対してＤ２とＤ３を重視するような意味を持つが特に推定に悪影響はなかった。また、Ｄ２のみの推定よりもＤ２とＤ３を共に用いた推定の方が性能が良いことも確認している。【００７８】
対数尤度最大化パラメータ選択部６５では、複数の飛来方向パラメータ６３（θparam）から最大の対数尤度６４を為すひとつを、飛来方向推定値６６（θestimate）として選択する。【００７９】
【数４】
2011001610.tif 000006
【００８０】
以上によりＤｉに適切なカウント数があれば正しい飛来方向２（あるいは２を含む方向幅）が飛来方向推定値６６として得られる。カウント数が少なすぎれば誤った方向を推定しうるが、理想頻度パターンＥｉが飛来角度２方向に連続性があれば（或る飛来方向２での理想頻度パターンＥｉが隣の飛来方向２のＥｉと似ていれば）推定の誤差は小さくなる。本発明の理想頻度パターンＥｉはこれを満たしうる。そのためには、ｅＬのエネルギーウィンドウ分割は細かく分けすぎずに、隣のθparamとカウントが存在する部分が接するかオーバーラップ部を持つようにするのがよい。【００８１】
飛来方向推定値６６θestimateを用いれば、線量の推定、つまり実測合計カウントの飛来方向２に対する依存性も補正できる。任意の或るひとつの飛来方向２（例えばθ＝０）を感度の基準方向θstandardと設定しておき、補正した合計カウントをＴｉとすれば、具体的には【００８２】
【数５】
2011001610.tif 000007
である。これは単に、事前に準備したＥｉによりθ＝４５のときは感度がθstandard＝０の例えば０.９倍となると知っており、θestimate＝４５のときには実測カウントＤｉの合計を０.９で割る、ということを表している。Ｄ２とＤ３（およびＥ２とＥ３）は共に同じダブルピクセルイベントであり、それぞれの合計カウントは厳密に等しく、独立な合計カウントＴｉはｉ＝１と２の２種である。【００８３】
最尤推定法演算部６１以外の飛来方向演算部２４の例としては、例えば類似画像を識別する画像認識を用いることが考えられる。実測頻度データ・飛来方向の対応情報２３として最尤推定法と同様に理想頻度パターンＥｉを用いたとき、それぞれのｉとｗで、パターンマッチングなどの手法で実測頻度データＤｉに一番似ている理想頻度パターンＥｉ（または平均値パターンＡｉ）を為す飛来方向パラメータ６３を飛来方向演算値２５として得ることが考えられる。ｗやｉを含めた多次元のパターンマッチングでもよい。【００８４】
更に別の飛来方向演算部２４の例としては、解析的な逆関数θ＝Ｆunction-1（Ｄｉ，Ｅｉ）が得られない場合でも、なんらかの経験式としてθ＝ｆ（Ｄｉ）を得て用いることが可能である。例えば図４の分布においてカウントの重心位置が存在する角度を得れば飛来方向２の１８０度対称点に（計測量増加に応じて高い確率で）現れるため、このarctan（ｙ重心／ｘ重心）などを用いても良い。また別に相対頻度Ｄｉ′＝ｇ（θ）のθ変化に対するフィッティングでもよい。【００８５】
このように飛来方向演算部２４には複数の実現手段が考えられる。従ってまず重要なのは飛来方向演算部２４ではなく、求める値（この場合は飛来方向２）の変化に対し良い相関を持つ実測データ（例えばＤｉ）の選定である。【００８６】
飛来方向演算部２４の中で最尤推定法演算部６１が優れる理由としては、最尤推定法などの尤度を用いる推定法は、それぞれ飛来方向２に別の依存関係を持つ実測データ（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３）の同時評価において尤度という客観的な合成が可能な指標をもたらす点が挙げられる。逆に言えば、他の手法で各Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３から飛来方向演算値２５として得たθoutput（Ｄ１），θoutput（Ｄ２），θoutput（Ｄ３）の合成には客観的な指標がなく、恣意性が伴う。【００８７】
この最尤推定法演算部６１（対数尤度演算部６２，対数尤度最大化パラメータ選択部６５）による演算は計測演算部９で行うが、実測頻度データＤｉを外部に転送して外部装置２７で行っても良い。また、単純な最尤推定法ではない変形として、対数尤度１位のθと２位のθの中間値を取るようなものが考えられる。よってこの手法のより広い呼び方としては尤度の大小による推定、となる。【００８８】
ここでＤｉの相対的な良否を述べる。Ｄ２は図４からわかるように、図３のＤ１（及びＤ３）より、飛来方向２に対し頻度分布構造がθ方向に狭く、より良い（少ないカウントで正しい）飛来方向演算値２５をもたらすものである。Ｄ４はＤ２とＤ３を含むものであるため、Ｄ２より良い。ただし計算コストは前述の通り、別次元で大きい。Ｄ１とＤ３は経験的には同カウントで同程度の性能である。ただしガンマ線３のエネルギーが高くなれば、ガンマ線の相互作用率の物理からシングルピクセルイベントが減り、ダブルピクセルイベントが増えるため、計測時間あたりのＤ３の性能は増すことになる。まとめると、大まかに
Ｄ４（計算コスト大）＞Ｄ２＞Ｄ１，Ｄ３
となる。【００８９】
また、複数のＤｉを同時に用いた場合には基本的に
Ｄａ＆Ｄｂ≧Ｄａ，Ｄｂ
である。ただしａとｂは１〜３で任意のｉである。【００９０】
Ｄ４はＤ２とＤ３と独立ではなく、Ｄ２とＤ３を含むのでこの式に当てはまらない。Ｄ４はＤ１との同時評価のみに意味を持ち、具体的にはＤ４＆Ｄ１≧Ｄ４＞Ｄ１であり、Ｄ４＆Ｄ２≒Ｄ４＆Ｄ３≒Ｄ４である。【００９１】
図７に実測頻度データＤｉと理想頻度パターンＥｉを用いた最尤推定法による飛来方向推定結果サンプルを示す。Ｄ１＆Ｄ２＆Ｄ３の結果である。これは計算機上で試作した或る検出器ジオメトリ（検出器１０の代表サイズ６cm、明暗強調部材３１あり）で、ガンマ線３のエネルギーが１.３３ＭｅＶ、Ｅｉの方向パラメータ刻みが１５度、ｅＬを或る４つのエネルギーウィンドウに分割、Ｄｉのカウント数がシングルピクセルイベント，ダブルピクセルイベント共に１００程度のとき、１３種の真の飛来方向２につき各１０００回の試行を行ったときの結果である。図７上横軸が真の飛来方向２、縦軸が飛来方向推定値６６の二次元ヒストグラムである。シングルピクセルイベント１００カウント程度の厳しいカウント条件において、全ての試行で正しい方向（飛来方向２）かその隣の方向を飛来方向推定値６６として得ていることがわかる。また、真の飛来方向２の違いに対する分解能（飛来方向推定値６６のばらつき）の依存性が小さいという好ましい特性を持つことがわかる。計算コストとしては、理想頻度パターンＥｉの保持に要するデータ容量が数百ｋＢ、実測頻度データＤｉの容量が数十ｋＢ、最尤推定法１試行に要する時間は一般的なＰＣで数十ｍsecであり、十分に小さいといえる。従って複数の興味ガンマ線エネルギー範囲１７に対する並行処理も容易である。【００９２】
図７下は真の飛来方向２の５点について抜粋した飛来方向推定値６６の１次元ヒストグラムであり、高さ情報を詳述するために示した。正答率は約８０〜９０％、残りがその両隣の方向に大体均等に存在しており、自然な良い分布である。高さの若干の差は本例の検出器ジオメトリの個性（有感体積長手方向が９０度および２７０度、明暗強調部材が０度のみに存在）として把握できている。また、当然だが、更にカウントを増したとき正答率は１００％へ推移していく好ましい性質を確認した。【００９３】
上述したように、計測演算部は飛来方向を演算する手法として、各飛来方向をパラメータとし、計測データの実現確率すなわち尤度または対数尤度を計算し、その尤度または対数尤度の各飛来方向パラメータに対する大小関係から飛来方向を推定する手法により、その推定の確からしさについての情報を得ることが可能である。
【実施例３】
【００９４】
第３の実施例として、２次元方向（緯度と経度）への拡張について述べる。【００９５】
図８に入射ガンマ線方向検出装置の概要および使用データ定義（３Ｄ）を示す。実施例２で無視していたｚ方向について空間分解能を持つ場合を考える。検出ピクセル６がピクセルサイズ８１を持つとき、図のようにＦ位置，ＬＨベクトル１３，Ｌ位置それぞれは今までの定義にｚ情報を加えただけの同様のものである。飛来方向２はθの１値からθとφの２値に拡張する。経度方向θの定義は実施例１と同様であり、新しくφを緯度方向と定義する。図２の各ステップについても同様にｚとφの拡張を行う。このような拡張のもとではφ方向の変化に対するＥｉ、およびＤｉの変化を良く記述することができるため、計算量の増大とトレードオフであるが、θとφの組を推定可能になる。
【実施例４】
【００９６】
第１，第２，第３実施例共通の事項として、インターフェース部の実施例を示す。【００９７】
図９にインターフェース部概要図を示す。検出器１０は背面にインターフェースパネル１５を持ち、以下のような情報入出力が可能である。表示部９１は液晶パネルなどで使用者向けの情報出力を行うものである。表示部９１は飛来方向推定値６６を表示するだけでなく、対数尤度表示部９２に、その推定材料となった各飛来方向パラメータ６３に対する対数尤度６４を例えば最大値で規格化して極座標表示することで、その推定の確からしさについての情報を得ることが可能である。例えば非常に少カウントでの推定では対数尤度６４は複数の飛来方向パラメータ６３で高い値を持つなど広い（悪い）分布を示すが、非常に多カウントの推定では対数尤度６４はひとつの飛来方向パラメータ６３で圧倒的に大きくなり、狭い（良い）分布を示す。この対数尤度表示部９２には、実測頻度データＤｉのうちｉやｗ方向の一部に対する、もっと厳しい条件での対数尤度を例えば異なる色で重ねて表示することで、推定の確からしさに関する情報を補強してもよい。これは現場で必ずしも一様ではない測定時間と信頼性のトレードオフのバランス点を判定するのに役立つ（同様の処理を内部で自動的に行ってもよい）。【００９８】
また、測定中には検出器１０の向きは一定に保つ必要があり、自在に変更することはできないが、図８下のように表示部９１の角度を検出器１０に対して変更可能な接続部で接続することで、対数尤度表示部９２と現実の方位を一致させ、飛来方向推定値６６の直感的な把握が可能になる。尚、対数尤度表示部９２による説明を行ったが、表示部は対数尤度表示に限らず、放射線方向を示す表示であれば他の表示でも良い。また、実施例１〜３の放射線方向検出の方法や装置に限られず、コンプトンカメラなどによる放射線測定方法を用いても同様に放射線飛来方向の直感的な把握が可能になる。接続部は、蝶番、ボールジョイントなどを用いることができる。また、放射線飛来方向の３次元計測に対して、２次元画面での方向表示の場合に、放射線飛来方向に２次元画面の平面を合わせると放射線飛来方向の直感的な把握がしやすい。この場合、算出された放射線飛来方向と表示画面の平面が一致する画面の角度を算出して、表示することで操作者に平面を合わせやすくすることができる。接続部に角度センサを設けて、画面を移動させて放射線飛来方向と一致した場合に一致したことを示す画面表示をすることで、操作者に平面を合わせる作業の時間短縮をすることができる。【００９９】
このように、放射線を検出する複数の検出ピクセルと、複数の検出ピクセルを用いて放射線を測定し、放射線の飛来方向を演算する計測演算部と、放射線の飛来方向を表示する表示部と、表示部の角度を検出装置本体に対し任意の位置に変更する接続部とを有する放射線方向検出装置により、放射線飛来方向の直感的な把握が可能になる。【０１００】
更に表示部９１は汎用表示部９３を持ち、ボタン操作部９４（またはタッチパネル機能を持つ表示部９１）から興味ガンマ線エネルギー範囲１７（またはガンマ線源１の核種）の指定などが可能である。汎用表示部９３は実測頻度データＤｉや理想頻度パターンＥｉを異なる色やプロット種類（等高線とscatter plot）などで表示しても良い。【０１０１】
入出力部９５（有線コネクタまたは無線通信ユニット）により、事前に外部の代表検出器などで準備した理想頻度パターンＥｉの外部装置２７から検出器１０への転送や、実測頻度データＤｉや生データ（ｘ，ｙ，ｚ，ｅ，ｔ）＊Ｎ個の検出器１０から外部装置２７への転送が可能である。また、長時間の計測結果から、検出器１０単体で事前理想頻度パターンＥｉを準備することも可能である。【０１０２】
上記各実施例について、以下を考慮して実施することができる。【０１０３】
調整事項として、複数の興味ガンマ線エネルギー範囲１７を同時に扱うとき、高エネルギー光子由来の散乱線により、低エネルギー側の理想頻度パターンＥｉが影響を受ける。これは事前に評価できるため、Ｅｉに加味するのがよい。【０１０４】
また、ガンマ線源１であるラジオアイソトープが実際には複数の異なるエネルギーのガンマ線３を決まった比率で発生し、第２成分が無視できない場合が多い。このとき、例えばひとつのラジオアイソトープ核種に二つ以上の興味ガンマ線エネルギー範囲１７を与え、二つの対数尤度演算部６２でそれらの興味ガンマ線エネルギー範囲１７のインデックスＭ方向に対数尤度の和をとってもよい。【０１０５】
理想頻度パターンＥｉは検出器１０の背面のみに人体が存在する、など外部にある物質分布が角度依存性を持つ場合に影響を受けるため、人体（使用者）やインターフェースパネル開閉などの代表的な場合について補正できるようにするのが望ましい。【０１０６】
上述した例では、隣り合う検出ピクセルの隙間について、隣り合う検出ピクセルの隙間を空けず、検出ピクセルを密に詰めて配置したガンマ線方向検出装置に適用する例を示したが、上述した技術を、隣り合う前記検出ピクセルの隙間を空けて配置したガンマ線方向検出装置にも適用できる。例えば、２層の検出器を隙間を空けて配置するコンプトンカメラなどにも適用できる。検出ピクセルの隙間を空けたガンマ線方向検出装置の処理として頻度分布での検出を用いることで、不感方向なしでの放射線の飛来方向情報を取得することができる。【０１０７】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。【０１０８】
また、上記の各構成は、それらの一部又は全部が、ハードウェアで構成されても、プロセッサでプログラムが実行されることにより実現されるように構成されても良い。また、制御や情報の流れを示す線による記載は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御や情報の流れを示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明は、ガンマ線を検出する検出器に利用することができる。
【符号の説明】
【０１１０】
１  ガンマ線源
２  飛来方向（θ、または（θ，φ）の組）
３  ガンマ線
４  シャーシ
５  保持部材
６  検出ピクセル
７  基板
８  コネクタ
９  計測演算部
１０  入射ガンマ線方向検出装置（または単に検出器）
１２  コンプトン散乱光子
１３  ＬＨベクトル
１５  インターフェースパネル
２１  ガンマ線検出部
２２  ストレージ
２３  対応情報
２４  飛来方向演算部
２５  飛来方向演算値
２６  任意情報
２７  外部装置
３１  明暗強調部材
３２  影による少カウント部
４１  Ｌ位置起点
４２  起点を揃えたＬＨベクトル終点
６１  最尤推定法演算部
６２  対数尤度演算部
６３  飛来方向パラメータ
６４  対数尤度
６５  対数尤度最大化パラメータ選択部
６６  飛来方向推定値
８１  ピクセルサイズ
９１  表示部
９２  対数尤度表示部
９３  汎用表示部
９４  ボタン操作部
９５  入出力部
Ｄ１  Ｆ位置実測頻度データ
Ｄ２  ＬＨベクトル実測頻度データ
Ｄ３  Ｌ位置実測頻度データ
Ｄｉ  実測頻度データ
Ｅ１  Ｆ位置理想頻度パターン
Ｅ２  ＬＨベクトル理想頻度パターン
Ｅ３  Ｌ位置理想頻度パターン
Ｅｉ  理想頻度パターン
Ｅ１ａ  θ＝９０のＦ位置頻度パターン
Ｅ１ｂ  θ＝４５のＦ位置頻度パターン
Ｅ１ｃ  θ＝９０のＦ位置頻度パターン（明暗強調部材あり）
Ｅ１ｄ  θ＝４５のＦ位置頻度パターン（明暗強調部材あり）
Ｅ２ａ  θ＝９０のＬＨベクトル頻度パターン
Ｅ２ｂ  θ＝４５のＬＨベクトル頻度パターン
Ｅ２ｃ  θ＝９０のＬＨベクトル頻度パターン（ｅＬウィンドウあり）
Ｅ２ｄ  θ＝４５のＬＨベクトル頻度パターン（ｅＬウィンドウあり）
【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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【図９】
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【国際調査報告】
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