(57)【要約】【課題】γ線・Ｘ線用コリメータの構造を複雑にすることなくビームプロファイルを改善する。【解決手段】コリメータ１０は、γ線等の遮蔽のための鉛層１２の内側に、そのγ線等のエネルギーに対する吸収係数が鉛よりも小さいアルミニウム層１４を有している。すなわちコリメータ１０は、γ線等を透過する貫通孔１６とγ線等を遮蔽する鉛層１２との間に、吸収係数の小さいアルミニウムからなる層１４を有する。アルミニウムは鉛よりも吸収係数がはるかに小さいので、鉛層１２が入射するγ線等を完全に遮蔽するのに十分な幅を持っていたとしても、同じ長さを持つアルミニウム層１４ではγ線等が完全には遮蔽されない。このため、鉛からなる単一材料の本体に対し貫通孔を設けた従来構造とは、ビームプロファイルを変えることができる。アルミニウム層１４の層厚を適切に決めることで、良好なプロファイルが得られる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
γ線又はＸ線を透過させるための孔を中心として多層構造をなし、該多層構造における第１の層を形成する材質が、該第１の層の内側の第２の層の材質よりも、前記γ線又はＸ線に対する吸収が大きいことを特徴とするγ線・Ｘ線用コリメータ。
【請求項２】
前記第１の層を形成する材質は、前記第２の層を形成する材質よりも、前記γ線又はＸ線のエネルギーに対する吸収係数が大きいことを特徴とする請求項１記載のγ線・Ｘ線用コリメータ。
【請求項３】
前記第１の層は鉛により形成され、前記第２の層はアルミニウムにより形成されることを特徴とする請求項１記載のγ線・Ｘ線用コリメータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、γ線又はＸ線用のコリメータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ポジトロン断層撮影（PET)やシンチスキャナなどの医療分野、或いはその他の分野で、γ線又はＸ線（以下「γ線等」と略す）の発生源分布の測定が行われている。このような用途では、検出器に対し様々な方向からγ線等が入射したのでは、発生源の位置を精度よく特定することができないため、分布の精度が悪くなる。そこで、検出器の前段にコリメータを設けることで、検出器に対しγ線等が入射する方向を制限している。
【０００３】
従来のγ線等用のコリメータは、γ線等の遮蔽能力に優れた鉛やタングステン等の、γ線等の吸収の大きい単一材料に対し、γ線等を透過させる孔を形成して構成されていた。孔の形状には、断面が円形乃至六角の平行孔形状（特許文献１）やテーパーの付いた円錐形状（特許文献２）、図１に示すようなファンビーム形状や、図２に示すようなピンホール形状などがあり、検出したいγ線等の方向に応じた孔形状を持つコリメータが利用される。また、入射するγ線等の強度や強度分布を所望のものにするために、図３に示すように、鉛からなる遮蔽体１１０に設けられた孔１１５の内側面１２０に溝１２５を形成することで、溝が形成された部分１２８での、γ線等の透過方向に沿った単位長さ当たりの鉛等の密度を、その外側の部分の密度より小さくするようなコリメータ設計も行われている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２８７３３号公報
【特許文献２】特開平１１−１５３６７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
鉛等に平行孔を形成して構成されるコリメータは製造が容易であるが、透過するγ線等の強度分布は孔の直径や長さにより決まってくるため、所望の強度分布を得ることが困難な場合がある。これに対し、図３のように孔の断面形状を工夫すれば、強度分布を調整することができるが、断面形状が複雑になった分だけ製造に手間やコストがかかるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るγ線等のコリメータは、γ線又はＸ線を透過させるための孔を中心として多層構造をなし、該多層構造における第１の層を形成する材質は、該第１の層の内側の第２の層の材質よりも、前記γ線又はＸ線に対する吸収が大きいことを特徴とする。
【０００７】
また本発明の好適な態様では、前記第１の層を形成する材質は、前記第２の層を形成する材質よりも、前記γ線又はＸ線のエネルギーに対する吸収係数が大きいことを特徴とする。
【０００８】
又、本発明の好適な態様では、前記第１の層は鉛により形成され、前記第２の層はアルミニウムにより形成される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のコリメータでは、内側の第２の層の方が外側の第１の層よりもγ線等に対する遮蔽能力が小さいので、図３に例示した従来のコリメータ構造に近い強度分布を実現できる。しかも、内側面の形状が複雑な図３の構造と比べて、製造が容易であるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態（以下「実施形態」と呼ぶ）について説明する。
【００１１】
図４は、本発明に係るγ線等のコリメータ１０の構造を説明するための断面図である。
【００１２】
図４に示すように、このコリメータ１０は、γ線等の遮蔽のための鉛層１２の内側に、コリメート対象のγ線等のエネルギーに対する吸収係数が鉛よりも小さいアルミニウム層１４を有している。すなわち、このコリメータ１０は、γ線等を透過する貫通孔１６と、γ線等を遮蔽する鉛層１２との間に、コリメート対象のγ線等のエネルギーに対する吸収係数が比較的小さいアルミニウムからなる層１４を有している。
【００１３】
周知のように、γ線等と物質の相互作用には、光電効果、コンプトン効果、及び電子対生成があり、γ線等の物質による減衰（吸収）はこれら相互作用の和によって生じる。しして、その和の効果は、ウイリアム・Ｊ・プライス 原著、西野治  監修、関口晃  訳「放射線計測」，第１１版，コロナ社，昭和５３年７月１０日，ｐ．２２−３１に示されるように、その物質の吸収係数で表される。この吸収係数は、同書に示されるように、物質の種類と、対象となるγ線等のエネルギーの両方に依存する。同書に示されるように、吸収係数は、全体的な傾向としては、原子番号が大きい物質ほど大きい値となり、対象のγ線等のエネルギーが増すほど小さい値となる。ただし、２つの物質の吸収係数の大小関係がγ線等のエネルギー範囲によって逆転することもある。
【００１４】
本実施形態の基本的な考え方は、コリメータを多層構造とし、コリメート対象となるγ線等に対する吸収（減衰）能力が大きい材質の層を外側に、小さい材質の層を内側に配するというものであるが、この場合の各材質の吸収能力を示す吸収係数は、材質のみならずコリメート対象のγ線等のエネルギーにも依存する。このようなことから、上記では、材質のγ線等に対する吸収係数をいう場合に「コリメート対象のγ線等のエネルギーに対する吸収係数」としている。ただし、以下では繁雑さを避けるため、これを単に「吸収係数」ということにする。
【００１５】
アルミニウムは、吸収係数が鉛に比して大幅に小さいため、γ線等に対する遮蔽能力が鉛よりも小さい。このため、鉛層１２が、入射するγ線等を完全に遮蔽するのに十分な幅（つまり透過方向に沿った長さ）を持っていたとしても、それと同じ長さを持つアルミニウム層１４ではγ線等が完全に遮蔽されず、その一部がアルミニウム層１４を通って検出器に到達する。このため、鉛からなる単一材料の本体に対し貫通孔を設けた従来のコリメータとは、透過するγ線等の強度や強度分布を変えることができる。
【００１６】
このような本実施形態の構造と従来構造の効果の差を確かめるシミュレーションの結果を以下に説明する。
【００１７】
比較対象とした従来構造のコリメータ２０の構造を図５の（ａ）に示す。このコリメータ２０は、鉛からなる円柱状の遮蔽体２２の中央に断面円形の貫通孔２４を形成したものであり、貫通孔２４の直径が５ｍｍ、遮蔽体２２の透過方向に沿った長さが１０ｃｍであるとする。
【００１８】
これと比較する本実施形態のコリメータ３０の構造を図５の（ｂ）に示す。このコリメータ３０は、貫通孔３６を中心として、内側から順にアルミニウム層３４、鉛層３２が配設された構造を有する。このコリメータ３０の長さは、従来構造と同じく１０ｃｍであり、この結果鉛層３２は入射するγ線又はＸ線に対して遮蔽体として機能する。貫通孔３６の直径は、従来構造と同じく５ｍｍである。そして、アルミニウム層３４の厚みは２．５ｍｍとなっている。
【００１９】
シミュレーションでは、図６に示すように、コリメータ４０の一方の端面に検出器５０の検出面を密着させ、貫通孔４２の一方の開口を検出面で完全に覆うようにした。そして、コリメータ４０のもう一方の端面４４の直径に沿って、γ線を放射する点線源６０を移動させ、その直径上の各位置に点線源６０が位置するときの検出器５０の計数効率を計算した。点線源６０からは、全方位に等しい確率で５１１ｋｅＶ（ポジトロン消滅時に発生するγ線のエネルギー）のγ線が放射されるようにした。各位置での点線源６０からのγ線を放射する数は、統計的にみて十分な数とした。また、検出器５０が測定するγ線のエネルギー範囲は、ノイズを除去するため、４５０〜５５０ｋｅＶとした。シミュレーションなので点線源６０から放射されるγ線の数は分かり、コリメータ４０を通って検出器５０に達するγ線の数もシミュレーションで計算できるので、計数効率が計算できる。
【００２０】
このようなシミュレーションにより得られた計数効率の分布を、図７に示す。図７のグラフの横軸はコリメータの端面の直径上での点線源６０の位置（貫通孔の中心を原点位置（０ｍｍ）とする）を示し、縦軸は計数効率を示す。また図７において、曲線７２は図５（ａ）の従来構造における計数効率の分布を示し、曲線７４は図５（ｂ）の本実施形態の構造における計数効率の分布を示す。
【００２１】
これら曲線７２と７４の比較から分かるように、本実施形態の構造の方が、従来構造よりも、中央部のピークを初めとして全体的に計数効率が高いことが分かる。このように、本実施形態のコリメータ構造により、貫通孔が同じ径であれば、γ線のピーク強度を高くすることができることがわかる。
【００２２】
また、更に、γ線のピーク強度（ピーク計数効率）が図５（ｂ）の本実施形態の構造のものとほぼ等しくなるよう従来構造の貫通孔の径を大きくし、シミュレーションを行った。この場合の従来構造の貫通孔の直径は７．７ｍｍであり、その他の寸法は図５（ａ）の例と同じである。このシミュレーションで得られた従来構造の計数効率の分布が、図７の曲線７６である。
【００２３】
曲線７４と７６とを比較すれば、ピークの高さはほぼ同じであるのに対し、分布の「肩」部分７５及び７７は曲線７４（本実施形態）の肩部分７５の方が明らかに下がっていることが分かる。これは、ピークの高さが同じなら、本実施形態の構造の方が空間分解能が高いことを意味する。したがって、本実施形態の構造によれば、計数効率を落とさずに空間でのビームプロファイルを改善できることが分かる。
【００２４】
以上に説明したように、本実施形態のコリメータ構造によれば、単純な円筒孔を持つ単一材質の従来のコリメータよりもビームプロファイルを改善できるので、検出器の位置分解能の向上が期待できる。また、本実施形態の構造は、図３に例示した複雑な断面形状を持つ従来構造に比べて製造が容易であるという利点がある。
【００２５】
以上では、アルミニウムと鉛の２層構造を例示したが、これはあくまで一例である。例えば、内側の層の材質をアルミニウムの代わりに銅や鉄としてもよい。また、外側の層の材質を鉛に代えてタングステンとしてもよい。いずれにしても、内側の層の材質としては、コリメータの長さ（透過方向に沿った長さ）ではγ線等を完全に遮蔽しない程度に吸収係数の小さい材質を用いればよい。一方、外側の層としては、その長さでγ線等を完全に遮蔽できる高い吸収係数の大きい材質を用いればよい。内側の層の材質や厚み（層厚）を適宜選択することで、様々なビームプロファイル（検出器の計数効率分布）を実現することができる。
【００２６】
以上では、コリメータの各層の材質として鉛やアルミニウムなどの単一元素の金属物質を例示したが、合金も同様に利用することができる。合金を用いる場合も、単一元素金属の場合と同様、吸収係数によりγ線等の吸収能力を判別することができるので、吸収係数に応じて材質選択を行えばよい。
【００２７】
また、以上では、コリメータの各層の材質として稠密な金属物質を用いた場合を例示したが、多孔質金属材料などのような稠密でない材料を用いることもできる。このような稠密でない材料は、同じ物質からなる稠密な材料よりもγ線等の吸収能力が低くなるので、その吸収能力に応じ内側の層などの材質として利用すればよい。もちろん、金属以外の材質でも同様に利用できる。
【００２８】
また、２層以上の多層構造にすることも可能である。この場合、各層の材質の吸収係数が内側（すなわち貫通孔に近い側）から外側に向かって順に大きくなるようにすれば、例示した２層構造と同様、山状のビームプロファイルを得ることができる。そしてこの制限の下で、各層の材質や厚みを調整することで、様々なビームプロファイルが実現できる。
【００２９】
また、以上では、貫通孔の断面形状が円形であったが、円形断面以外の貫通孔の場合にも、本実施形態の構造は適用可能である。
【００３０】
また、以上では、γ線等を透過させる貫通孔が１つしかないコリメータを例示したが、貫通孔が複数ある多孔型のコリメータの場合も同様の構造が採用できる。
【００３１】
また、以上ではγ線の場合のシミュレーション結果を示したが、Ｘ線も光線としてはγ線と同等なので、Ｘ線についても同等の効果が得られるものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来のコリメータの構造の一例を示す斜視図である。
【図２】従来のコリメータの構造の別の例を示す斜視図である。
【図３】従来のコリメータの構造の別の例を示す断面図である。
【図４】実施形態のコリメータの構造を示す断面図である。
【図５】シミュレーションに用いた従来及び本実施形態のコリメータ構造を示す図である。
【図６】シミュレーションを説明するための図である。
【図７】シミュレーションにより得られた計数効率分布を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  コリメータ、１２  鉛層、１４  アルミニウム層、１６  貫通孔。
【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】
2006058174.tif 000007
【図６】
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【図７】
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