(57)【要約】【課題】  任意の測定対象核種に対してクリアな放射線分布画像を得る。【解決手段】  放射線分布撮影装置は、並列に配列された複数個の放射線検出器と、測定対象核種に応じて複数の応答関数から特定の応答関数を選別する選別手段１９と、複数個の放射線検出器の出力信号それぞれを、選別された特定の応答関数を用いてアンフォールディングするアンフォールディング手段１８と、を有する。選別手段は、複数の放射線検出器の出力信号のパルス波高分布を用いて応答関数を選別してもよい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列に配列された複数個の放射線検出器と、
測定対象核種に応じて複数の応答関数から特定の応答関数を選別する選別手段と、
前記複数個の放射線検出器の出力信号それぞれを、前記選別された特定の応答関数を用いてアンフォールディングするアンフォールディング手段と、
を有することを特徴とする放射線分布撮影装置。
【請求項２】
前記選別手段は、前記複数の放射線検出器の出力信号のパルス波高分布を用いて応答関数を自動的に選別する手段を含むこと、を特徴とする請求項１記載の放射線分布撮影装置。
【請求項３】
前記複数個の放射線検出器それぞれの出力信号から光電ピークとなる出力パルスを選別する波高弁別手段をさらに有し、
前記アンフォールディング手段は、前記選別された出力パルスをアンフォールディングするものであること、
を特徴とする請求項１記載の放射線分布撮影装置。
【請求項４】
前記放射線検出器は３個以上あって、
これら放射線検出器の出力信号のうち、最外郭に配置された放射線検出器の計数と、それよりも内側に配置された放射線検出器の計数とを比較して処理することにより、前記放射線検出器の配列の側面から入射した放射線を弁別する手段をさらに有すること、
を特徴とする請求項１記載の放射線分布撮影装置。
【請求項５】
前記放射線検出器は３個以上あって、
これら放射線検出器のうち２個以上の放射線検出器で同時に放射線を検出した場合に、それらパルスを計数しないように処理する逆同時計数信号処理手段をさらに有すること、
を特徴とする請求項１記載の放射線分布撮影装置。
【請求項６】
前記アンフォールディング手段は、前記放射線検出器のうち２個以上の放射線検出器で同時に放射線を検出した場合に、放射線を同時に検出した２個以上の放射線検出器の位置関係から求まる放射線の散乱角度と、前記２個以上の放射線検出器の各々の付与エネルギーとに基づいて放射線の入射方向を特定し、これによって、放射線が入射した信号と散乱線の信号とを弁別し、前記散乱線の信号を少なくとも部分的に取り除いた上でアンフォールディングを行なうものであること、を特徴とする請求項１記載の放射線分布撮影装置。
【請求項７】
前記複数の放射線検出器の各出力信号の立ち上がり時間を弁別する立ち上がり時間弁別手段と、
前記立ち上がり時間に基づいて、前記各放射線検出器の放射線入射位置を算出する演算処理手段と、
をさらに有すること、を特徴とする請求項１記載の放射線分布撮影装置。
【請求項８】
前記複数の放射線検出器の各出力信号の立ち上がり時間を弁別する立ち上がり時間弁別手段と、
前記弁別された立ち上がり時間の分布と、前記放射線検出器の前面からのみ放射線が入射した場合に取り得る立ち上がり時間の分布との比較により、前面入射以外の放射線による計数を算出して、前記放射線検出器の計数から前記前面入射以外の放射線による計数を除去する信号処理手段と、
をさらに有すること、を特徴とする請求項１記載の放射線分布撮影装置。
【請求項９】
前記放射線検出器として、Ｓｉ、Ｇｅ、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＴｌＢｒ、ＨｇＩ２のいずれか少なくとも一つの半導体放射線検出器を用いたことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか記載の放射線分布撮影装置。
【請求項１０】
前記放射線検出器として、ＣＣＤを用いたことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか記載の放射線分布撮影装置。
【請求項１１】
前記放射線検出器として、シンチレータを用いたことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか記載の放射線分布撮影装置。
【請求項１２】
並列に配列された複数個の放射線検出器により放射線を検出する工程と、
測定対象核種に応じて複数の応答関数から特定の応答関数を選別する選別工程と、
前記複数個の放射線検出器の出力信号それぞれを、前記選別された特定の応答関数を用いてアンフォールディングするアンフォールディング工程と、
を有することを特徴とする放射線分布撮影方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、並列に配列された複数個の放射線検出器を用いて放射線分布画像を撮影する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線の二次元画像撮影において、一回の撮影で測定対象領域全体の撮影が可能な手法として、半導体検出素子をアレイ化した検出器での撮影や平板上シンチレータの発光をＣＣＤ(Charge-Coupled Device)で撮影する等、平面状のセンサを用いた様々な手法がある。しかしながら、いずれも測定対象の放射線のエネルギーが高くなると、コンプトン散乱により、半導体検出素子アレイでは素子間のクロストーク、シンチレータでは発光個所の広がりのために画像がぼやけ、またコリメータ等でそれらを防止することは困難である。このような場合は前述の平面状センサを用いるよりも単センサによるスキャンやコンプトンカメラの手法が有効であるが、これらは大型の装置となり持ち運びは困難である。
【０００３】
たとえば可搬型の半導体検出器アレイで撮影した生画像を応答関数でアンフォールディングすることによりぼやけを除去してクリアな画像を得ることも考えられる（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開昭６１−１０２５７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、応答関数は、ある一つの固有のエネルギーの放射線を放出する核種を対象にしたものであり、別の核種を撮影した場合は、クリアな画像を得ることができないという課題があった。
【０００５】
そこで本発明では、任意の測定対象核種に対してクリアな放射線分布画像を得る方法と装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る放射線分布撮影装置は、並列に配列された複数個の放射線検出器と、測定対象核種に応じて複数の応答関数から特定の応答関数を選別する選別手段と、前記複数個の放射線検出器の出力信号それぞれを、前記選別された特定の応答関数を用いてアンフォールディングするアンフォールディング手段と、を有することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る放射線分布撮影方法は、並列に配列された複数個の放射線検出器により放射線を検出する工程と、測定対象核種に応じて複数の応答関数から特定の応答関数を選別する選別工程と、前記複数個の放射線検出器の出力信号それぞれを、前記選別された特定の応答関数を用いてアンフォールディングするアンフォールディング工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、任意の測定対象核種に対してクリアな放射線分布画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明に係る放射線分布撮影装置および放射線分布撮影方法の実施の形態を説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して重複説明は省略する。
【００１０】
本発明の実施の形態１を、図１および図２を参照して説明する。
【００１１】
図１において、多数の放射線検出器を並列に並べた半導体検出素子アレイ３がピンホールコリメータ２内に配置され、ピンホールコリメータ２を通って放射線１が半導体検出素子アレイ３に到達するようになっている。半導体検出素子アレイ３の出力は信号増幅部４に入力され、信号増幅部４の出力は計数部８に入力される。計数部８と応答関数切り替え入力部５の出力は演算処理部６に入力され、演算処理部６は画像表示部７に入力される。これにより、放射線分布が画像表示部７に表示される。
【００１２】
演算処理部６での演算処理の内容を図２で説明する。応答関数切り替え入力部５からの信号および複数個の応答関数１３が応答関数切り換え部１９に入力される。応答関数切り換え部１９と放射線検出器信号１５はアンフォールディング部１８に入力される。また、放射線検出器信号１５は他の演算処理部１６に入力される。アンフォールディング部１８の出力および他の演算処理部１６の出力は、バッファ１７に入力される。バッファ１７の出力波画像表示部７に送られる。
【００１３】
図1で、放射線１はピンホールコリメータ２でコリメートされ半導体検出素子アレイ３に入射し検出される。検出されたパルス信号は信号増幅部４で各半導体検出素子ごとに増幅され、計数部８で各半導体検出素子ごとに計数され、演算処理部６に送られる。演算処理部６は、あらかじめ、手動による応答関数切り換え入力部５からの入力によって応答関数切り替え部１９によって選別された、放射線１に対して最適な応答関数を用いて演算処理を行なう。
【００１４】
ここでの応答関数は次のように定義される。半導体検出素子アレイ３がＮ個の半導体検出素子で構成されているとし、各素子を１〜Ｎで番号付けし、また撮影対象の２次元空間をＮ個のセルに分け、各セルを１〜Ｎで番号付けするとする。このとき、応答関数Ｒij（ｊ＝１〜Ｎ）は、セルｉから半導体検出素子アレイ３に放射線が入射した場合の素子１〜Ｎの計数分布と定義する。Ｒij（ｊ＝１〜Ｎ）は計算もしくは実測によって導出され、素子間のクロストークおよびピンホールコリメータのピンホール部での散乱と特性Ｘ線、ピンホール部が有限の大きさを持っていることによる広がり、および開口部を透過した放射線の影響等、画像をぼやけさせる要因を全て含んだ値である。またＲij（ｊ＝１〜Ｎ）は、入射放射線のエネルギー固有の値であり、対象核種によりＲij（ｊ＝１〜Ｎ）はそれぞれ異なる。
【００１５】
ここで各半導体検出素子の計数値をＳi（ｉ＝１〜Ｎ）とし、ぼやけを取り除いた各半導体検出素子の計数値をＤi（ｉ＝１〜Ｎ）とすると、計数Ｓi（ｉ＝１〜Ｎ）が統計的に十分である場合に、以下の式が成り立つ。
【００１６】
Ｓ＝Ｒ×Ｄ
すなわち、
【数１】
2006234727.tif 000003
【００１７】
この(1)式の連立方程式を解くことにより、ぼやけを除去した計数値（クリアな２次元画像データ）が得られる。しかしながら、通常Ｓi（ｉ＝１〜Ｎ）の計数値は統計的に十分ではないため、本来、全て正の値であるはずのＤi（ｉ＝１〜Ｎ）が負の値をとる場合がある。
【００１８】
演算処理では、Ｄi（ｉ＝１〜Ｎ）が負の値になることを避けるために、Ｄi（ｉ＝１〜Ｎ）が全て正の値になる束縛条件下で最小２乗法で(1)式の近似解としてＤi（ｉ＝１〜Ｎ）を導出（アンフォールディング）する。このクリアな２次元画像データＤi（ｉ＝１〜Ｎ）はバッファ１７で配列変数等に格納され、画像表示部７に送られて表示される。
【００１９】
なお、この演算処理で用いるＲij（ｊ＝１〜Ｎ）は入射放射線のエネルギーに対応したＲij（ｊ＝１〜Ｎ）である必要があり、対応していない場合は、Ｄi（ｉ＝１〜Ｎ）はぼやけを完全に除去できていない２次元データとなる。
【００２０】
また上記演算処理は、２次元画像撮影に関して述べているが、２台の半導体検出素子アレイを用いることによって、ステレオスコープの方法により３次元画像を得ることができる。
【００２１】
またバッファ１７は、他の演算処理部１６の結果（低計数率時に、画像表示を高速化するため複数個の放射線検出器の係数の和をとった値など）の値も格納される。
【００２２】
以上より明らかなように、本実施の形態によれば、応答関数切り換え入力部５によって、あらかじめ放射線１に最適な応答関数を選別しておき、演算処理部６で演算処理することによって、放射線１のエネルギーによらずクリアな画像を得ることができる。
【００２３】
次に、本発明の実施の形態２を、図３を参照して説明する。図３において、信号増幅部４の出力は、マルチチャンネル波高分析部９に入力され、マルチチャンネル波高分析部９の出力は演算処理部６ａに入力される。この実施の形態では、応答関数切り替え入力部５（図１、図２）はない。
【００２４】
信号増幅部４で各半導体検出素子ごとに増幅され、マルチチャンネル波高分析部９で各放射線検出素子ごとのパルス波高分布に変換される。また、演算処理部６ａで、波高分布のスペクトル解析によって入射した放射線のエネルギーを特定してクリアな二次元画像データに変換する。
【００２５】
ここで本実施の形態での応答関数Ｒijk（ｊ＝１〜Ｎ，ｋ＝１〜Ｍ）は波高分布情報（１〜Ｍチャンネル）を持つ２次元関数となり、(1)式のＳはＮ行Ｍ列の行列Ｓ'、ＲはＮ×Ｎ×Ｍの３次元行列Ｒ'、ＤはＮ行Ｍ列の行列Ｄ'となり、統計的にＳ'の計数が十分な場合に次式が成り立つ。
【００２６】
Ｓ'＝Ｒ'×Ｄ'  ・・・・・・・(1)'
波高分布のスペクトル解析では(1)'を各エネルギーでの応答関数Ｒ'について最小２乗法で解き、各エネルギーでの最小２乗値を比較し、その中で最小２乗値が最も小さいときの応答関数Ｒ'のエネルギーがすなわち入射放射線のエネルギーであるとする。またそのときのＤ'を画像表示部７で表示する。
【００２７】
以上のスペクトル解析は、測定核種が単一の場合について述べているが、複数核種の場合は、Ｓ'は全測定エネルギー範囲をｔ分割した各エネルギーの応答関数をＲＬ（Ｌ＝１〜ｔ）とすると、以下の(1)''式が成り立つので、(1)''式を解くことで複数測定核種におけるぼやけを除去したＤ'が得られる。
【数２】
2006234727.tif 000004
【００２８】
(1)''式は、例えば
Ｓ'＝Ｒ１'×Ｄ１' 
の近似解Ｄ１'を求め、次に
Ｓ'−Ｒ１'×Ｄ１'＝Ｒ２'×Ｄ２'
の近似解Ｄ２'を求め、この過程を繰り返すことにより、
Ｓ'−Ｒ１'×Ｄ１'−Ｒ２'×Ｄ２'・・・−Ｒｔ−１'×Ｄｔ−１'＝Ｒｔ'×Ｄｔ'
となる。これにより、ｔ番目までの全ての近似解Ｄ1'〜Ｄt'が求まる（ストリッピング法）。
【００２９】
以上より明らかなように、図３に示すように、マルチチャンネル波高分析部９で算出したパルス波高分布を用いて演算処理部６ａでスペクトル解析することによって、放射線１のエネルギーによらずクリアな画像を、自動的に得ることができる。
【００３０】
次に、本発明の実施の形態３を、図４を参照して説明する。図４において、信号増幅部４の出力は、シングルチャンネル波高分析部１０に入力され、シングルチャンネル波高分析部１０の出力は計数部８に入力され、計数部８の出力は演算処理部６に入力される。また、応答関数切り替え入力部５の出力が演算処理部６に入力される。
【００３１】
シングルチャンネル波高分析部１０で、放射線１のパルスのうち、素子間のクロストークを起こさない光電ピークとなるパルス波高をもつパルスのみ取り出す。そして計算部８で計数し、演算処理部６でクリアな二次元画像データに変換する。
【００３２】
このように、シングルチャンネル波高分析部１０で、あらかじめクロストークを起こす、光電ピーク以外の放射線パルスを除去しておくことで、よりクリアな画像を得ることができる。
【００３３】
次に、実施の形態４を、図５を参照して説明する。図５において、信号増幅部４の出力は計数部８に入力され、計数部８の出力は演算処理部６ｂに入力される。また、応答関数切り替え入力部５の出力が演算処理部６ｂに入力される。
【００３４】
演算処理部６ｂで、半導体検出素子アレイ３における最外郭に配置された半導体検出素子の計数とそれより内側の半導体検出素子の計数を比較、演算処理することにより、側面から入射した放射線の計数を除去する。その結果残った計数を、実施の形態１と同様の演算処理により、クリアな二次元画像データに変換する。この計数除去の演算処理は、例えば、側面に放射線１が入射した場合における、最外郭の半導体検出素子の計数と、それよりも内側の半導体検出素子の計数の比の計算値を用いて、最外郭の素子の計数を全て除去し、さらに最外郭の計数に対応した比の内側の素子の計数を除去することによって行なう。
【００３５】
このように、演算処理部６ｂで、二次元画像の雑音の原因となる側面入射の放射線を演算処理で取り除くことで、よりクリアな画像を得ることができる。
【００３６】
次に、本発明の実施の形態５を、図６を参照して説明する。図６において、信号増幅部４の出力は、逆同時計数部１１に入力され、逆同時計数部１１の出力は演算処理部６に入力される。また、応答関数切り替え入力部５の出力が演算処理部６に入力される。
【００３７】
信号増幅部４から出力された各半導体検出素子からの放射線パルスが２個以上同時に逆同時計数部１１に入力された場合、その信号は除去され、計数部８に入力されない。
【００３８】
本実施の形態によれば、逆同時計数部１１で、二次元画像の雑音の原因となるクロストーク成分を取り除くことで、よりクリアな画像を得ることができる。
【００３９】
次に、本発明の実施の形態６を、図７を参照して説明する。図７において、信号増幅部４の出力はマルチチャンネル波高分析部９に入力され、マルチチャンネル波高分析部９の出力は演算処理部６ｃに入力される。また、応答関数切り替え入力部５の出力が演算処理部６ｃに入力される。
【００４０】
演算処理部６ｃでは、マルチチャンネル波高分析部９から得られる各素子ごとの放射線付与エネルギーと素子の位置から、コンプトンカメラの手法を用いて、放射線が入射した素子とクロストークを起こした素子の弁別をする。ここで、コンプトンカメラの手法とは、放射線を同時に検出した２素子の位置関係から求まる放射線の散乱角度と、２素子おのおのの放射線の付与エネルギーから、放射線の入射方向を特定する公知の手法である。このようにしてクロストークの成分を取り除いた後に、放射線１に対して最適な応答関数を用いて演算処理し、クリアな二次元画像データに変換する。
【００４１】
本実施の形態によれば、演算処理部６ｃで、二次元画像の雑音の原因となるクロストーク成分を取り除くことができ、よりクリアな画像を得ることができる。
【００４２】
次に、本発明の実施の形態７を、図８を参照して説明する。図８において、信号増幅部４の出力は、シングルチャンネル波高分析部１０、パルス立ち上がり時間弁別部１２および演算処理部６ｄに入力される。シングルチャンネル波高分析部１０の出力は計数部８に入力される。計数部８の出力およびパルス立ち上がり時間弁別部１２の出力は演算処理部６ｄに入力される。また、応答関数切り替え入力部５の出力が演算処理部６ｃに入力される。
【００４３】
パルス立ち上がり時間弁別部１２は、各半導体検出素子で検出した放射線パルスの立ち上がり時間の弁別を行なう。半導体検出素子は、その陰極に近い位置で検出された放射線１のパルスは、立ち上がり時間が短く、また陽極に近い位置では立ち上がり時間が長い。この特性を利用することによって、演算処理部６ｄでは、立ち上がり時間情報から、１個の半導体素子上での放射線の入射位置を特定することができる。さらに、応答関数切り替え部５で選別した最適な応答関数を用いて演算処理し、クリアな二次元画像データに変換する。
【００４４】
本実施の形態によれば、パルス立ち上がり時間弁別部１２と演算処理部６ｄで、素子上の放射線入射位置を特定することで、クリアかつ高分解能な画像を得ることができる。
【００４５】
次に、本発明の実施の形態８を、図９を参照して説明する。図９に示す構成は、図８の実施の形態７と比べて、演算処理部ｄが演算処理部６ｅで置き換えられている点のみが異なる。
【００４６】
演算処理部６ｅで、各半導体検出素子のパルスの立ち上がり時間の分布と、ピンホールコリメータ２のピンホールから入射した放射線が取り得る立ち上がり時間の分布を比較し、ピンホールから入射した放射線以外の計数を除去する。さらに最適な応答関数を用いて演算処理し、クリアな二次元画像データに変換する。
【００４７】
本実施の形態によれば、パルス立ち上がり時間弁別部１２と演算処理部６ｅで、ピンホールから入射した放射線以外の雑音となる放射線パルスを除去することによって、よりクリアな画像を得ることができる。
【００４８】
以上説明した各実施の形態で、半導体検出素子アレイ３を構成する各半導体検出素子として、Ｓｉ、Ｇｅ、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＴｌＢｒ、ＨｇＩ２のいずれか一つ、または複数を用いることができる。また、半導体検出素子アレイに替わる放射線検出器として、ＣＣＤまたはシンチレータを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係る放射線分布撮影装置の第１の実施の形態を示すブロック図。
【図２】図１の演算処理部の詳細例を示すブロック図。
【図３】本発明に係る放射線分布撮影装置の第２の実施の形態を示すブロック図。
【図４】本発明に係る放射線分布撮影装置の第３の実施の形態を示すブロック図。
【図５】本発明に係る放射線分布撮影装置の第４の実施の形態を示すブロック図。
【図６】本発明に係る放射線分布撮影装置の第５の実施の形態を示すブロック図。
【図７】本発明に係る放射線分布撮影装置の第６の実施の形態を示すブロック図。
【図８】本発明に係る放射線分布撮影装置の第７の実施の形態を示すブロック図。
【図９】本発明に係る放射線分布撮影装置の第８の実施の形態を示すブロック図。
【符号の説明】
【００５０】
１…放射線
２…ピンホールコリメータ
３…半導体検出素子アレイ（放射線検出器）
４…信号増幅部
５…応答関数切り替え入力部
６…演算処理部
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，…演算処理部
７…画像表示部
８…計数部
９…マルチチャンネル波高分析部
１０…シングルチャンネル波高分析部
１１…逆同時計数部
１２…パルス立ち上がり時間弁別部
１３…応答関数
１５…放射線検出器信号
１６…他の演算処理部
１７…バッファ
１８…アンフォールディング部
１９…応答関数切り換え部
【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】
2006234727.tif 000009
【図６】
2006234727.tif 000010
【図７】
2006234727.tif 000011
【図８】
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【図９】
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