(57)【要約】【課題】入射放射線の入射方向の検出精度を高めることができる技術を提供する。【解決手段】放射線入射方向の検出装置１は、散乱放射線のエネルギーと到達位置を検出する手段１５と、反跳電子による電離電子を検出する手段１４と、散乱体１２に電界を印加する手段１３と、散乱放射線のエネルギー及び到達位置と反跳電子のエネルギー及び反跳方向との情報から入射放射線の入射方向を求める手段１８と、コンプトン散乱点とこの散乱点から所定距離だけ離れた飛跡上の通過点とより反跳方向を取得する手段１６を有する。反跳方向取得手段１６は反跳電子のエネルギーが大きいほど所定距離を大きく設定する。【選択図】図１
2017096670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射放射線が散乱体内で起こすコンプトン散乱により発生した散乱放射線のエネルギーと到達位置を検出する散乱線検出手段と、前記コンプトン散乱により発生した反跳電子の飛跡に沿って生じた電離電子を検出する電子検出手段と、前記散乱体に電界を印加する電界印加手段と、前記散乱放射線のエネルギー及び到達位置と前記反跳電子のエネルギー及び飛跡における反跳方向との情報から前記入射放射線の入射方向を求める入射方向取得手段と、を有する放射線検出装置であって、
前記コンプトン散乱点と前記コンプトン散乱点から所定距離だけ離れた前記飛跡上の通過点とより前記反跳方向を取得する反跳方向取得手段を有し、前記反跳方向取得手段は前記反跳電子のエネルギーが大きいほど前記所定距離を大きく設定することを特徴とする放射線検出装置。
【請求項２】
前記反跳方向取得手段は、前記反跳電子のエネルギーと前記コンプトン散乱点から前記通過点への方向の角度誤差との関係のシミュレーション計算によるデータに基づいて前記所定距離を設定することを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。
【請求項３】
前記反跳方向取得手段は、前記反跳電子のエネルギーと前記コンプトン散乱点から前記通過点への方向の角度誤差との関係の実験的に求めたデータに基づいて前記所定距離を設定することを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。
【請求項４】
前記反跳方向取得手段は、線源を所定の位置に置いて検出したコンプトン散乱点と前記線源の位置とから求めた入射方向ベクトルを真の入射方向ベクトルとし、前記真の入射方向ベクトルの角度成分を、前記所定距離を変えることで前記反跳方向のベクトルを変化させる方法で検出した複数の入射方向ベクトルの角度成分と比較して取得した差に基づいて得た前記反跳電子のエネルギーと前記角度誤差との関係のデータに基づいて前記所定距離を設定することを特徴とする請求項３に記載の放射線検出装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１項に記載の放射線検出装置と、前記検出装置により検出した前記入射放射線の入射方向より、放射線源から発生する放射線の強度分布画像データを生成する画像再構成手段と、前記強度分布画像データに基づき前記強度分布画像を表示する表示手段と、を備えることを特徴とするガンマカメラ。
【請求項６】
前記放射線はガンマ線であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の放射線検出装置。
【請求項７】
入射放射線が散乱体内で起こすコンプトン散乱により発生した散乱放射線のエネルギーと到達位置を検出するステップと、前記コンプトン散乱により発生した反跳電子の飛跡に沿って生じた電離電子を電界で移動して検出するステップと、前記散乱放射線のエネルギー及び到達位置と前記反跳電子のエネルギー及び飛跡における反跳方向との情報から前記入射放射線の入射方向を求めるステップと、を有する放射線検出方法であって、
前記コンプトン散乱点と前記コンプトン散乱点から所定距離だけ離れた前記飛跡上の通過点とより前記反跳方向を取得するステップを有し、前記反跳方向を取得するステップでは前記反跳電子のエネルギーが大きいほど前記所定距離を大きく設定することを特徴とする放射線検出方法。
【請求項８】
前記反跳方向を取得するステップでは、前記反跳電子のエネルギーと前記コンプトン散乱点から前記通過点への方向の角度誤差との関係のシミュレーション計算によるデータに基づいて前記所定距離を設定することを特徴とする請求項７に記載の放射線検出方法。
【請求項９】
前記反跳方向を取得するステップでは、前記反跳電子のエネルギーと前記コンプトン散乱点から前記通過点への方向の角度誤差との関係の実験的に求めたデータに基づいて前記所定距離を設定することを特徴とする請求項７に記載の放射線検出方法。
【請求項１０】
前記反跳方向を取得するステップでは、線源を所定の位置に置いて検出したコンプトン散乱点と前記線源の位置とから求めた入射方向ベクトルを真の入射方向ベクトルとし、前記真の入射方向ベクトルの角度成分を、前記所定距離を変えることで前記反跳方向のベクトルを変化させる方法で検出した複数の入射方向ベクトルの角度成分と比較して取得した差に基づいて得た前記反跳電子のエネルギーと前記角度誤差との関係のデータに基づいて前記所定距離を設定することを特徴とする請求項９に記載の放射線検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンプトン散乱により生じた散乱放射線と反跳電子とを検出して、入射放射線の入射方向を検出する放射線検出装置及び放射線検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線源から発生するガンマ線の強度分布を計測し、画像として表示するガンマカメラの一方式であるコンプトンカメラが知られている。特許文献１には、入射ガンマ線と散乱体との間で生じるコンプトン散乱を利用して、入射ガンマ線の入射方向を検出するガンマ線入射方向の決定方法が開示されている。また、コンプトン散乱による散乱ガンマ線のエネルギーと散乱方向ベクトルに加えて、コンプトン散乱による反跳電子のエネルギーとコンプトン散乱点の反跳方向ベクトルを利用して入射ガンマ線の入射方向を算出するアドバンストコンプトン法が知られている。さらに、アドバンストコンプトン法を用いたコンプトンカメラとして、ＴＰＣ（Ｔｉｍｅ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｃｈａｍｂｅｒ）を備えたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１３２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＴＰＣ内において、入射ガンマ線は、散乱体であるガス分子中の電子との間でコンプトン散乱を生じさせる。その結果発生した反跳電子は、連続的にガス分子を電離しながら飛行し、その飛跡上に多数の電離電子から成る電子雲を発生させる。電子雲は、電界から受ける力によって、反跳電子の飛跡とほぼ同一の形状を維持しながら電子検出部までドリフトする。電子検出部は、電子の２次元検出器であり、電子雲（飛跡）の２次元平面への投影位置（Ｘ，Ｙ座標）を検出する。さらに、ガンマ線検出部による散乱ガンマ線の検出時点（コンプトン散乱を生じた時点と見なし得る）と電子検出部による電離電子の検出時点との差及び電離電子のドリフト速度から、電子検出部から飛跡までの距離（Ｚ座標）が検出される。このようにして、反跳電子の飛跡の３次元位置が算出される。
【０００５】
反跳電子が受けるガス分子による散乱の間隔や方向は不規則であるため、電子雲は不規則に屈折した線状となる。また、電子雲を構成する多数の電子は、電子検出部までドリフトする間に徐々に拡散する。反跳方向ベクトルの算出にはコンプトン散乱点及び通過点の２点の位置情報が必要であるが、このような反跳電子の受ける散乱や電子雲の拡散の影響により、検出した位置情報は誤差を伴う。こうした誤差を含む位置情報から算出される反跳電子の反跳方向ベクトルの精度は、必ずしも十分ではなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による放射線検出装置は、入射放射線が散乱体内で起こすコンプトン散乱により発生した散乱放射線のエネルギーと到達位置を検出する散乱線検出手段と、コンプトン散乱により発生した反跳電子の飛跡に沿って生じた電離電子を検出する電子検出手段と、散乱体に電界を印加する電界印加手段と、散乱放射線のエネルギー及び到達位置と反跳電子のエネルギー及び飛跡における反跳方向との情報から入射放射線の入射方向を求める入射方向取得手段と、を有する。そして、コンプトン散乱点とこの散乱点から所定距離だけ離れた前記飛跡上の通過点とより反跳方向を取得する反跳方向取得手段を備え、この反跳方向取得手段は反跳電子のエネルギーが大きいほど前記所定距離を大きく設定する。
【０００７】
また、本発明による放射線検出方法は、入射放射線が散乱体内で起こすコンプトン散乱により発生した散乱放射線のエネルギーと到達位置を検出するステップと、コンプトン散乱により発生した反跳電子の飛跡に沿って生じた電離電子を電界で移動して検出するステップと、散乱放射線のエネルギー及び到達位置と反跳電子のエネルギー及び飛跡における反跳方向との情報から入射放射線の入射方向を求めるステップと、を有する。そして、コンプトン散乱点とこの散乱点から所定距離だけ離れた前記飛跡上の通過点とより反跳方向を取得するステップをさらに有し、このステップでは反跳電子のエネルギーが大きいほど前記所定距離を大きく設定する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、検出した反跳電子のエネルギーに応じて前記所定距離（反跳方向のベクトルの角度誤差が小さくなるコンプトン散乱点と通過点との距離）を定めるので、精度の高い反跳方向のベクトルを取得することができる。従って、この反跳方向のベクトルから取得される入射放射線の入射方向のベクトルの角度の精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係るガンマカメラの構成を示すブロック図
【図２】電子検出回路及びガンマ線検出回路の構成を示す図
【図３】チャンバー内のガンマ線と反跳電子の飛行の状態を示す図
【図４】コンプトン散乱点Ｐｃと通過点Ｐｔとの間の距離Ｌと、反跳方向ベクトルｅの角度誤差との関係を示す図
【図５】反跳電子のエネルギーＫｅと最適距離Ｌ０の関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の特徴は、反跳電子の飛跡における反跳方向を取得する手段が、コンプトン散乱点とこの散乱点から所定距離だけ離れた飛跡上の通過点とにより反跳方向を取得するにあたり、反跳電子のエネルギーが大きいほど所定距離を大きく設定することである。こうした検出装置と、この装置で検出した入射放射線（以下、「放射線」は「ガンマ線」で代表する）の入射方向より線源から発生する放射線の強度分布画像データを生成する画像再構成手段と、強度分布画像データに基づき強度分布画像を表示する表示手段とで、好適なガンマカメラを構成できる。まず、本発明に係る放射線入射方向の検出装置ないし方法、及びガンマカメラの概略的な一例について説明する。図１に示されるように、放射線入射方向の検出装置１は、散乱体であるガス１２の密閉容器であるチャンバー１１、チャンバー１１内に設置された電極１３と電子検出器１４、ガンマ線検出器１５を含む。また、電子検出回路（反跳方向取得手段）１６、ガンマ線検出回路１７、ガンマ線入射方向の演算回路（入射方向取得手段）１８を有する。このうち、チャンバー１１、ガス１２、電界印加手段である電極１３、電子検出器１４及びガンマ線検出器（散乱線検出手段）１５は、電子の３次元位置検出器であるＴＰＣを構成している。
【００１１】
放射線源４から到来しチャンバー１１内に入射した個々の入射ガンマ線（フォトン）とガス１２（例えばアルゴン、キセノンなど）の分子内（散乱体内）の電子との間のコンプトン散乱の結果、反跳電子と散乱ガンマ線（散乱放射線）が生じる。反跳電子は電子検出器１４によって検出され、散乱ガンマ線はガンマ線検出器１５によって検出される。電子検出回路１６は、反跳電子の検出データから反跳電子のエネルギー、コンプトン散乱点の位置、反跳方向ベクトルを取得する。ガンマ線検出回路１７は、散乱ガンマ線の検出データから、散乱ガンマ線のエネルギー及び散乱方向ベクトルを取得する。
【００１２】
放射線入射方向の取得手段であるガンマ線入射方向の演算回路１８は、個々のコンプトン散乱事象について、反跳電子のエネルギー、反跳方向ベクトル、散乱ガンマ線のエネルギー、散乱方向ベクトルに基いて、入射ガンマ線の入射方向を取得する。画像再構成装置２は、複数のコンプトン散乱事象について検出した入射ガンマ線の入射方向から強度分布画像データを生成する。表示装置３は、この画像データに基いて、放射線の強度分布を画像として表示する。
【００１３】
次に、図３を用いて、放射線入射方向の検出装置１の詳細について説明する。チャンバー１１内に入射した１００ｋｅＶ〜２０００ｋｅＶ程度のエネルギーを持つ入射ガンマ線（フォトン）４１は、ガス１２の分子内の電子との間でコンプトン散乱を生じ、その結果、入射ガンマ線４１よりも小さいエネルギーを持つ反跳電子４３と散乱ガンマ線４２を生じる。入射ガンマ線４１のエネルギーをＥ０、反跳電子４３のエネルギーをＫｅ、散乱ガンマ線４２のエネルギーをＥγとすると、Ｅ０＝Ｋｅ+Ｅγの関係が成立する。
【００１４】
反跳電子は、コンプトン散乱点Ｐｃから、チャンバー１１内を飛行しながら、反跳電子の飛跡上の通過点Ｐｔ上で、次々とガス１２の分子による散乱を受け、その都度、電離電子を発生させる。散乱ガンマ線４２は、吸収点（散乱ガンマ線が到達し、それを検出した位置）Ｐａに到達する。入射ガンマ線４１の入射方向ベクトル（入射方向の単位ベクトル）ｓ、散乱ガンマ線４２の散乱方向ベクトル（散乱方向の単位ベクトル）ｇ、反跳電子４３の反跳方向ベクトル（コンプトン散乱点Ｐｃにおける反跳方向の単位ベクトル）ｅにより、各パラメータの方向が表される。
【００１５】
反跳電子４３の飛跡に沿う線上には多数の電離電子からなる電子雲４４を生じる。反跳電子４３は、電離の度に徐々にエネルギーを失い、やがては全てのエネルギーを失って停止する。反跳電子４３が受ける散乱の間隔や散乱方向は不規則であるため、飛跡即ち電子雲４４の形状も図示するように不規則に屈折した線状となる。
【００１６】
電子検出器１４は、ＭＳＧＣ（Ｍｉｃｒｏ  Ｓｔｒｉｐ  Ｇａｓ  Ｃｈａｍｂｅｒ）等の平板状の２次元検出器であり、図１に示したようにチャンバー１１内の下部に取り付けられている。電子検出器１４は、画素に対応して２次元配列された多数の検出器から成り、電子を増幅して収集する機能を有する。電極１３は平板状であり、電子検出器１４と平行に対向するようにチャンバー１１内の上部に取り付けられている。電極１３と電子検出器１４の間に所定の電圧を印加することにより、電極１３と電子検出器１４とに挟まれたガス１２が占める領域には、電子検出器１４に垂直な方向の電界が形成される。図３に示すように、この領域内に生じた電子雲４４は、この電界から受ける力によって電子検出器１４に向かって平行にドリフトする。その間に、電子雲４４を構成する電子は他のガス１２の分子との間の相互作用によって拡散する。そのため、最初は電子密度が高く細い線状であった電子雲４４は、到達位置へと移動するにつれて、電子密度が低下し太く膨らんだ形状の電子雲４４’に変化する。この電子雲４４は、電子検出器１４に到達すると、その投影４５の位置（Ｘ，Ｙ座標）にある検出器で検出される。
【００１７】
ガンマ線検出器１５は、チャンバー１１の下方に配置されており、２次元配列した多数のシンチレータ素子と光電子増倍管で構成される。散乱ガンマ線４２がシンチレータ素子で光電吸収されると、その位置とエネルギーが光電子増倍管によって検出される。
【００１８】
（実施形態）
本発明による放射線検出装置１の実施形態について説明する。
【００１９】
電子検出器１４による反跳電子の検出信号に対しては、次に電子検出回路１６による処理が行われ、ガンマ線検出器１５による散乱ガンマ線の検出信号に対してはガンマ線検出回路１７による処理が行われる。図２に電子検出回路１６とガンマ線検出回路１７との詳細を示す。１つの電子雲の各部分は電子検出器１４の画素を構成する複数の検出器で検出され、その電荷（電子数）に応じた電気信号を発生する。これらの検出器からの電気信号は、電子雲の前端の到達から後端の到達までの間、継続する。複数の検出器からの電気信号は、対応する複数の増幅部２１によって増幅され、データ取り込み部２２に出力される。
【００２０】
散乱ガンマ線の検出信号は、ガンマ線検出回路１７の増幅部３１によって増幅される。増幅部３１は、ガンマ線の検出に対応した信号を、トリガ信号としてデータ取り込み部２２に出力する。データ取り込み部２２は、このトリガ信号を開始点として所定時間分の電気信号をすべて取り込む。ここで所定時間は、電子検出器１４と電極１３の間隔をＤ、電子雲のドリフト速度をＶとしたとき、Ｄ／Ｖ以上となるように設定されるものとする。これにより、１つの電子雲に対応した各検出器からの電気信号がすべて取り込まれる。
【００２１】
データ取り込み部２２に取り込まれた電気信号から、総電荷検出部２７によって１つの電子雲に対応する総電荷Ｑｅが算出される。さらに電子エネルギー算出部２８は、総電荷Ｑｅより個々の反跳電子のエネルギーＫｅを算出する。
【００２２】
さらにデータ取り込み部２２に取り込まれた電気信号は、トリガ信号を起点とする時間情報とセットにして飛跡座標計算部２３に出力される。飛跡座標計算部２３は、電子検出器１４で検出された電子雲の各部について、３次元位置データを生成する。即ち、検出した電子検出器１４の検出器（画素）の位置（Ｘ，Ｙ座標）と、トリガ信号を基準とするドリフト時間ΔＴとドリフト速度Ｖの積から求められる電子検出器１４に垂直な方向の位置（Ｚ座標）と、を計算し、これらを元に３次元位置データを生成する。
【００２３】
次にコンプトン散乱点算出部２４は、抽出された個々の電子雲の３次元位置データより、コンプトン散乱点Ｐｃの位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ座標）を算出する。例えば図１に示すように放射線入射方向の検出装置１の上方（電極１３の側）を放射線源４に向けて設置したとする。この場合、チャンバー１１内でコンプトン散乱により生じた反跳電子は下方に飛行する。従って、電子雲の両端の位置データのうち電子検出器１４から遠い（Ｚ座標が大きい）方をコンプトン散乱点Ｐｃとする。
【００２４】
また通過点算出部２５は、電子雲の３次元位置データよりコンプトン散乱点Ｐｃから所定の距離（最適距離Ｌ０）だけ離れた飛跡上にある通過点Ｐｔの位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ座標）を算出する。この最適距離Ｌ０の決定方法については後述する。反跳電子の反跳方向ベクトルｅはコンプトン散乱点Ｐｃ及びこの通過点Ｐｔの２点の位置データから算出される。
【００２５】
次に反跳電子の飛跡上の通過点Ｐｔの算出方法について説明する。前述したように反跳電子の飛跡（電子雲）の形状は、反跳電子が飛行時に受ける散乱の影響及び電子雲のドリフト時の拡散の影響を受け、ともに電子検出器１４で検出される電子雲の位置の精度を低下させる要因となる。この影響の仕方については以下のように推量される。
【００２６】
〔推量１〕
前述したように反跳電子の受ける散乱の間隔や散乱方向は不規則であるため、飛跡（電子雲）の形状も不規則に屈折した線状となる。特に反跳電子のエネルギーＫｅは散乱角（散乱による飛行方向の角度変化）と関係がある。コンプトン散乱直後はエネルギーが大きいため散乱角は確率的に小さく飛跡は直線形状に近いが、散乱を繰り返してエネルギーが減少すると散乱角は確率的に大きくなり飛跡は大きく屈曲する。従って、このような散乱の影響を考慮すると、通過点Ｐｔはコンプトン散乱点Ｐｃからの距離Ｌが小さい位置に定めた方が反跳方向ベクトルｅの角度の誤差を小さくできる。
【００２７】
〔推量２〕
反跳電子のエネルギーＫｅの大きさで比較すると、エネルギーが大きい反跳電子はエネルギーが小さい反跳電子よりも、コンプトン散乱直後の飛跡は直線形状に近い。さらにコンプトン散乱点Ｐｃからより遠方までエネルギーを保つため、飛跡も直線に近い形状を保つ。従って、反跳電子のエネルギーＫｅが大きい程、通過点Ｐｔのコンプトン散乱点Ｐｃからの距離Ｌに対する反跳方向ベクトルｅの角度誤差の増大の程度は小さくなる。
【００２８】
〔推量３〕
ドリフト時の拡散は電子雲の各位置に対して一様かつ等方的に発生し、電子検出器１４における各位置の検出誤差の原因となる。従って、このような拡散の影響を考慮すると、通過点Ｐｔはコンプトン散乱点Ｐｃからの距離Ｌが大きい位置に定めた方が各点の位置誤差の反跳方向ベクトルｅの角度誤差に対する影響を小さくできる。またこの影響の大きさは反跳電子のエネルギーＫｅとは無関係である。
【００２９】
次に、実際に反跳電子のエネルギーと角度誤差の関係をシミュレーション計算により確認した。計算においては入射ガンマ線のエネルギーは一定とし、多数のコンプトン散乱及びそれによって生じる反跳電子の飛跡をモンテカルロ法によって生成した。さらに得られた個々の結果に対して反跳電子が飛行時に受ける散乱の影響及び電子雲のドリフト時の拡散の影響による誤差を所定の確率分布に従って付与し、その結果に基づいて反跳方向ベクトルｅの算出値の角度誤差を計算した。具体的にはガウス分布に従う誤差を発生させて計算した。
【００３０】
図４にコンプトン散乱点Ｐｃとコンプトン散乱点Ｐｃから距離Ｌだけ離れた通過点Ｐｔの２点から算出した反跳方向ベクトルｅの角度誤差分布の幅を反跳電子のエネルギーＫｅ別に算出した距離Ｌと角度誤差との関係の結果を示す。尚、反跳方向ベクトルｅの方向は２つの角度成分、即ち反跳方向ベクトルｅと散乱方向ベクトルｇが成す開き角と反跳方向ベクトルｅの散乱方向ベクトルｇの回りの方位角で決定されるが、図４で示したのは入射ガンマ線の入射方向への影響が大きい方位角である。
【００３１】
また、グラフの求め方について、反跳電子エネルギーを１０ｋｅｖ幅で刻んでデータを取っているが、入射ガンマ線のエネルギーが一定であっても反跳電子のエネルギーは一定にはならず分布を持つからである。ここでは、５点の距離Ｌ、及び１０ｋｅｖ幅刻みの１０か所の反跳電子エネルギーのところでデータを取っているが、この数をさらに増やしたり減らしたりすることもできる。
【００３２】
図４より理解されるように、いずれのエネルギー範囲の反跳電子についても角度誤差を極小とする最適距離Ｌ０（図中に破線で示す）が存在する。この最適距離Ｌ０よりも短い距離Ｌにおいては、距離Ｌの減少とともに角度誤差は増大する。即ち上記の推量３で述べた電子雲のドリフト時の拡散が支配的と考えられる。
【００３３】
逆に最適距離Ｌ０よりも長い距離Ｌにおいては、距離Ｌの増加とともに角度誤差は増大する。即ち上記の推量１で述べた反跳電子の飛行時の散乱が支配的と考えられる。また特にこの領域においては反跳電子のエネルギーＫｅの影響が大きく現われ、Ｋｅが大きいほど角度誤差は小さくなる。即ち上記の推量２で述べたエネルギーの大きさの違いによる傾向が確認できる。
【００３４】
以上の結果より、反跳電子のエネルギーＫｅの大きさに応じて最適距離Ｌ０を設定し、通過点Ｐｔをコンプトン散乱点Ｐｃから最適距離Ｌ０だけ離れた位置に定める。このことにより、反跳電子の飛行時の散乱の影響と電子雲のドリフト時の拡散の影響を受けた検出データから、角度誤差が最小となる反跳電子の反跳方向ベクトルｅを算出できることが理解される。一例として、シミュレーションの結果から求めた反跳電子のエネルギーＫｅと最適距離Ｌ０の関係を図５に示す。図５の最適距離Ｌ０と反跳電子エネルギーＫｅの関係は、内挿や外挿法などの補間法を用いて求めることができる。例えば、図４の最小の範囲と最大の範囲を含む数か所の反跳電子エネルギーのところでデータを取って、これらの最適距離の点を直線で結んで図５の関係を求めるようなことも可能である。どの程度の精度を必要とするかにもよるが、必ずしも本実施形態ように細かくデータをとる必要はない。最小２点のデータを結んで直線で近似してもかまわない。
【００３５】
反跳電子のエネルギーＫｅと最適距離Ｌ０の関係は実験的に求めることもできる。この場合には微小な（例えば点状の）線源を所定の位置に置いて計測を行う。ここでは線源の位置が既知であるので、検出したコンプトン散乱点Ｐｃと実際の線源位置とから直接求めた入射方向ベクトルを真の入射方向ベクトルｓｏとする。この真の入射方向ベクトルｓｏの角度成分を、本来の方法（距離Ｌで決まる反跳電子の反跳方向ベクトルｅを用いる方法）で検出した入射方向ベクトルｓの角度成分と比較する。ここで２つの方法で求めた方位角の差は、検出した反跳方向ベクトルｅの方位角の誤差に起因する。計測により、散乱ガンマ線の散乱方向ベクトルと反跳電子のエネルギーも分かるので真の反跳方向ベクトルも分かり、この真の反跳方向ベクトルと前記検出した反跳方向ベクトルとの角度誤差も求められる。そこで距離Ｌ（通過点Ｐｔのコンプトン散乱点Ｐｃからの距離）を変化させてこの計測を行えば、図４に示したシミュレーション結果とほぼ同様の結果を得ることができる。
【００３６】
本実施形態において、図５に示したような反跳電子のエネルギーＫｅと最適距離Ｌ０の関係は、シミュレーション計算や実測結果を基にして計算式または換算テーブルとして予め作成されている。尚、計算式というのは、図５で示すような曲線を式（Ｌ０とＫｅの関数）で表したものである。最適距離算出部２９はこの計算式または換算テーブルを内部に持っており、これを利用し個々の電子雲について電子エネルギー算出部２８で算出された反跳電子のエネルギーＫｅに応じて最適距離Ｌ０を決定する。ここで図５より理解されるように、反跳電子のエネルギーＫｅが大きいほど最適距離Ｌ０も大きくなる。
【００３７】
通過点算出部２５は、コンプトン散乱点Ｐｃから最適距離Ｌ０だけ離れた飛跡上の通過点Ｐｔの位置データを算出する。つまり、飛跡座標計算部２３で算出された電子雲の３次元位置データ、コンプトン散乱点算出部２４で算出されたコンプトン散乱点Ｐｃの位置データ、及び最適距離算出部２９で決定された最適距離Ｌ０から、通過点Ｐｔの位置データを算出する。反跳方向ベクトル算出部２６は、これらのデータを基に個々の電子雲についてコンプトン散乱点Ｐｃから通過点Ｐｔに向かう方向の単位ベクトルである反跳方向ベクトルｅを計算する。前述したように反跳電子のエネルギーＫｅに応じた最適距離Ｌ０を用いることによって、常に角度誤差が最小化された反跳方向ベクトルｅが算出される。これをコンプトン散乱点Ｐｃのデータとともにガンマ線入射方向の演算回路１８に送出する。
【００３８】
一方、ガンマ線検出回路１７の増幅部３１によって増幅された個々の散乱ガンマ線の検出信号は、ガンマ線吸収点算出部３３とガンマ線エネルギー算出部３２に入力される。ガンマ線吸収点算出部３３は散乱ガンマ線が到達し検出された吸収点Ｐａの位置を算出し、データをガンマ線散乱方向ベクトル算出部３４に送出する。ガンマ線エネルギー算出部３２は検出した散乱ガンマ線のエネルギーＥγを算出し、データをガンマ線入射方向の演算回路１８に送出する。ガンマ線散乱方向ベクトル算出部３４は、コンプトン散乱点算出部２４からのコンプトン散乱点Ｐｃのデータと散乱ガンマ線の吸収点Ｐａのデータより、散乱ガンマ線の散乱方向ベクトルｇ（散乱方向の単位ベクトル）を算出する。そしてこの算出データをガンマ線入射方向の演算回路１８に送出する。
【００３９】
ガンマ線入射方向の演算回路１８は、個々のコンプトン散乱事象についての反跳電子のエネルギーＫｅ、散乱ガンマ線のエネルギーＥγ、電子の反跳方向ベクトルｅ、ガンマ線の散乱方向ベクトルｇをもとに、入射方向ベクトルｓを算出する。すなわち、以下の式（１）、（２）、（３）により入射ガンマ線の入射方向ベクトルｓ（入射方向の単位ベクトル）を算出する。尚、式においてｍは電子の静止質量、ｃは光速である。
【００４０】
【数１−３】
2017096670.tif 000003
【００４１】
さらに画像再構成装置２は複数のコンプトン散乱事象について、各入射ガンマ線の入射方向ベクトルｓとコンプトン散乱点Ｐｃのデータから放射線源の放射線強度分布の画像のデータを生成する。この画像データを用いて表示装置３は放射線の強度分布を濃淡や色の違いによって表示する。
【００４２】
ここで前述したようにして電子の反跳方向ベクトルｅの角度誤差が低減できるので、入射ガンマ線の入射方向ベクトルｓの精度が向上し、その結果、放射線強度分布画像の分解能が向上できる。すなわち、本実施形態によれば、まず検出した反跳電子のエネルギーに応じて最適距離（反跳方向ベクトルの角度誤差が最小となるコンプトン散乱点と通過点の距離）を定める。この最適距離は、散乱体の種類（密度も含む）や電子雲のドリフト距離（検出器のサイズにより決まる）によっても異なるものである。そしてコンプトン散乱点からこの最適距離だけ離れた通過点の位置データとコンプトン散乱点の位置データから、精度の高い反跳方向ベクトルを算出する。従って、この反跳方向ベクトルから算出される入射ガンマ線の入射方向ベクトルの角度の精度を高めることができ、その結果として角度分解能、即ち空間分解能の高い放射線の強度分布画像などを得ることができる。
【００４３】
上述の各種の演算処理は、例えば、１以上の機能を実現するプログラムをネットワーク又は記憶媒体を介して装置の適宜の記憶部に供給し、装置における１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理で実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１・・放射線入射方向の検出装置、４・・放射線源、１１・・チャンバー、１２・・ガス（散乱体）、１３・・電極（電界印加手段）、１４・・電子検出器（電子検出手段）、１５・・ガンマ線検出器（散乱線検出手段））、１６・・電子検出回路（反跳方向取得手段）、１８・・ガンマ線入射方向の演算回路（入射方向取得手段）
【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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