JPH10319122A - 放射線撮像装置 - Google Patents

放射線撮像装置

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JPH10319122A
JPH10319122A JP12660397A JP12660397A JPH10319122A JP H10319122 A JPH10319122 A JP H10319122A JP 12660397 A JP12660397 A JP 12660397A JP 12660397 A JP12660397 A JP 12660397A JP H10319122 A JPH10319122 A JP H10319122A
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JP
Japan
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radiation
detector
collimator
gamma ray
image
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JP12660397A
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Sakutaro Yamaguchi
作太郎 山口
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KAKU YUGO KAGAKU KENKYUSHO
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KAKU YUGO KAGAKU KENKYUSHO
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Abstract

(57)【要約】 【課題】低エネルギーのガンマ線のような放射線であっ
ても、感度よく、放射線画像として検出できるガンマ線
撮像装置を提供する。 【課題を解決する手段】可視像を撮像するCCDカメラ
14と、このカメラの撮像範囲のガンマ線のような放射
線エネルギー強度分布像を得る放射線線検出器10と、
この検出器からの出力信号と、前記撮像装置からの信号
とを合成して放射線画像を形成するプロセッサー13と
を具備し、前記放射線検出器は、シンチレータのような
検出体20と、このシンチレータの入射面側に設けら
れ、所定方向からのガンマ線をシンチレータに入射させ
る筒状のコリメータ22とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガンマ線のような
放射線の画像を形成する放射線撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ガンマ線の検出器として種々の形
式のものが開発されている。例えば、NaI結晶、プラ
スチックなどのシンチレーションを利用したものが高感
度の検出器として良く知られている。しかし、これら検
出器は、いずれもガンマ線の強度を測定するものとして
開発されたものであり、ガンマ線画像として検出するこ
とが出来なかった。このために、予めガンマ線がどこか
ら放射されているかを認識することはできず、ガンマ線
源のそばまで検出器を持っていくことによってどこに線
源があるかを調べていた。これは、例えば、原子炉内等
の原子力施設でガンマ線源の位置を調べるときなどには
極めて不便なシステムであった。
【0003】このために、特に、原子炉の分野において
は、ガンマ線画像を得る検出器の開発が望まれており、
多くの研究者が長年に渡って研究を続けてきている。し
かし、エネルギーの低いガンマ線に関しては医療関係で
2、3の実用例が開発されるに至っているが、上記に述
べたような原子力施設での離れた位置からの測定装置は
現在まで存在していない。
【0004】このような背景をもとにして本発明者は、
ガンマ線の画像検出原理の確認をし、ガンマ線では可視
光のようにレンズなどの画像を作るための光学素子がな
いのでピンホールカメラを利用することを考え、これ
に、X線用のCCDカメラを利用して画像を取ると同時
に可視光用のCCD画像を重ね合わせると、ガンマ線源
位置を画像として検出することを考え、他の研究者と供
に研究を重ねた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、最終的には、
下記の理由で実現不可能であろうという結論に達した。
【0006】1)X線用CCDではガンマ線領域では感
度が大幅に落ちる。
【0007】2)画像素子としてのピンホールを鉛で作
ってもエネルギーの高いガンマ線は透過力が強いため、
ピンホールとして働かない。(200keV以下のエネ
ルギーであればピンホールとして働く)。
【0008】3)ピンホールを用いると、線源の位置か
ら検出器を望んだ立体角が小さくなるので(可視光レン
ズはそれを避けるために利用される)、画像が暗くな
り、検出感度が低くなる。
【0009】従って、本発明の目的は、低エネルギーの
ガンマ線のような放射線であっても、感度よく、放射線
画像として検出できる放射線撮像装置を提供することで
ある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明に係る放射線撮像
装置は、光学像を撮像する撮像装置と、この撮像装置の
撮像範囲の放射線線のエネルギー強度分布像を得る放射
線検出器と、この検出器からの出力信号と、前記撮像装
置からの信号とを合成して放射線画像を形成するプロセ
ッサーとを具備し、前記放射線線検出器は、検出部と、
この検出部の入射面側に設けられ、所定方向からの放射
線を検出部に入射させる筒状のコリメータとを有するこ
とを特徴とする。
【0011】
【実施の形態】以下に、添付図面を参照して、本発明の
一実施の形態に係る放射線撮像装置をガンマ線撮像装置
の場合について説明する。
【0012】図1において、符号10は、ガンマ線検出
器(放射線検出器)を示し、この出力側は、出力パルス
信号を増幅するための前置増幅器11を介してパルス波
高分析器(PHA)12の入力側に接続されている。こ
のPHA12では、入力信号を各パルスの波高の大小に
応じて分類し、集計を行ってパルス波高分布を得て、こ
れを出力する。即ち、入射ガンマ線のエネルギー強度分
布を出力する。尚、このPHA12は、既知のように、
特定のパルス波高をもつパルスの選別を行って、これを
出力することも可能である。上記PHA12の出力側
は、画像処理のためのプロセッサー13に接続されてい
る。
【0013】また、このプロセッサー13には、既知の
CCDカメラ14の出力側も接続されており、この結
果、このプロセッサーによりPHA12からのエネルギ
ー分布を示す出力信号と、CCDカメラ14からの可視
光画像とを組合わせてガンマ線画像が形成される。
【0014】前記プロセッサー13には、ガンマ検出器
10の入射面をXY方向に走査するための駆動装置15
がさらに接続されており、この結果、この駆動装置によ
りガンマ線検出器10は、CCDカメラ14の操作範囲
全体に渡ってX方向並びにY方向に走査される。この結
果、前記ガンマ線画像は、CCDカメラ14により撮像
される可視光画像と、ガンマ線検出器10により得られ
るガンマ線のエネルギー分布の像とが重なった画像とな
り、可視光像の部分に対応したガンマ線強度を測定する
ことができる。
【0015】尚、上記プロセッサー13の出力側には、
上記ガンマ線画像をリアルタイムで測定するためのCR
T16が接続されている。また、このCRT画面16に
は、PHA12により形成されたガンマ線のエネルギー
スペクトラムも表示される。
【0016】前記ガンマ線検出器10は、図2に示すよ
うに、検出部20を収容した本体21と、この本体と一
体的に形成され、検出部20の前方に、即ち、ガンマ線
の入射面側に延出した円筒状のコリメータ22とにより
構成されている。この検出部20は、特に限定されるも
のではないが、感度向上のためには原子番号(Z)の大
きい材料が望ましく、例えば、CdTe,CdTeZn
等の半導体材料もしくはシンチレータが望ましい。例え
ば、1MeV付近で、光電効果については、X線用のC
CDを構成するSiに対して500倍、コンプトン散乱
の断面積はSiに対して3倍以上改善されるので、小型
であっても感度の良い検出器を得ることができる。この
ように、小型の検出器を使用することにより、これをX
Y方向に走査するための駆動機構も小型にでき、また駆
動力も小さくて済む。なお、シンチレータ材料として一
般に知られているNaIを使用しても良いが、この場合
には、所定の感度を得るためには、大型にしなければな
らない欠点がある。
【0017】本発明の装置のガンマ線検出器10は、上
述したように、ガンマ線の入射側に筒状のコリメータが
設けられている。このコリメータ22の内径は任意で良
いが、5〜15mm程度が好ましい。例えば、従来例と
して説明したピンホールを使用した装置では、ピンホー
ルの直径を1mmとすると、lCiのようなエネルギー
の大きな線源からでも10m離れると、ピンホールを通
るガンマ線は約20個/秒程度であり、検出効率が10
0%であると仮定しても、ガンマ線の検出がかなり困難
である。しかし、本発明で、内径が10mmのコリメー
タを使用すれば、感度が約100倍向上する。また、エ
ネルギーの高いガンマ線は、検出器の内部で生じる素過
程が光電効果、コンプトン散乱ともに高エネルギーの電
子を発生するので、その飛程が長くなり、画像はこの飛
程程度はぼけるために画角を5〜10°程度にしても問
題にならないので、コリメータ22はあまり長くする必
要がなく、100〜200mm程度で良い。前記本体2
1並びにコリメータは、鉛で形成されており、コリメー
タの方は透過ガンマ線の検出を避けるために、少し厚く
設定されている。
【0018】次に、コリメータ22の形状について詳細
に説明する。
【0019】1.コリメータの長さ コリメータの画角は、CCDカメラの画角よりもしぼら
ないといけいなので、一般のCCDカメラの画角は〜6
0°であるので、コリメータの画角を10°として計算
すると、画角をθ、長さをl、内径をaとした場合に
は、sinθ ∞ d/lより sin 10 ∞ d/l = 1.745×10-1 内径aが16mmの場合には l= 91.6mmであ
り、約10cmの長さで良い。
【0020】1.コリメータの厚さ 画角が10°の場合には1cm程度で良い。
【0021】上気構成の本発明のガンマ線撮像装置の感
度の考察を以下に説明する。
【0022】線源としてlCi(3.7(10)Bg)
を使用し、この線源と、従来装置におけるピンホール
(1mm2 )との間の距離を10mとはた場合には 4πr2 = 4π × (104 2 = 1.25
7(9)mm2 より、1mm2 のピンホールに入射するガンマ線は3.
7(10)/1.257(9) = 2.94(1)個
/秒である。
【0023】従って、検出器の効率が約10%であれ
ば、実際の検出量は2〜3個/秒となり、非常に感度が
悪るく、ほとんど実用に供さない。
【0024】本発明の装置において、シンチレータとし
てCdTe(直径:16mm、厚さ:2mm,関西電子
(株)製のA116/P4もしくはB116/P4)を
使用し、上記と同じ条件で測定すれば、受光面積は約
2.01(2)mm2 となり、上記ピンホールを使用し
た場合に比べて約200倍の感度が得られる。
【0025】また、シンチレータとしてCdTeを使用
した場合と、CCDのSiを使用した場合との感度の比
較を以下に説明する。
【0026】光電効果はZ5 (Zは原子番号)に比例す
るので、CdTeのZeff = 50,SiのZe =
14とすれば、感度比Aは、A = (50/14)5
= 5.81(2)倍となる。
【0027】一方、コンプトン散乱は断面積比を、密度
をρ、質量数をA、原子番号をZで表すと、以下の式が
成立する。
【0028】σ1 /σ2 = ρ1 /ρ2 × A2
1 ×Z1 /Z2 従って、CdTeとSiとを比較すると、Siは、ρが
2.34,Aが28、そして、Zが14とし、CdTe
は、ρが6.2,Aが119、そして、Zが50とすれ
ば、σCdTe/σSi =3.15となり、約3.15倍C
dTeの方が感度が大きい。
【0029】従って、以下の表1の分だけ感度が高くな
る 表 1 光電効果 50×5.81(2) = 2.5(4)倍 コンプトン散乱 50×2.2(1) = 3.15倍 尚、この表では、検出器の空乏層の厚さは同じとしてい
る。しかし、CdTeの方がSiより50倍は長く取れ
るので、実質的な比はこの表よりもコンプトン散乱に対
して〜150倍大きくなる可能性がある。
【0030】以上説明したように、上気構成のガンマ線
撮像装置は、高感度のガンマ線画像を提供することがで
きる。尚、前記ガンマ検出器としてシンチレータを利用
したが、例えば、半導体検出器のような他の種類のガン
マ線検出器を使用しても良い。また、本発明の技術思想
によれば、ガンマ線だけではなく、中性子線のような他
の放射線の検出に利用して、放射線画像を得ることがで
きる。
【0031】尚、上記実施の形態では、1つの筒状のコ
リメータを放射線を検出部に入射させるために使用し、
CCDカメラの走査領域と一致するように、ガンマ線検
出器を走査したが、互いに異なる部位(一部重複してい
ても良い)に、昆虫の複眼のように夫々面した複数の筒
状のコリメータを有する放射線検出器を使用すれば、検
出器の操作範囲を少なくか、走査自体を少なくもしくは
なくすことができる。この場合には、プロセッサは、複
数の検出器からのエネルギー強度分布信号を合成して、
CCDカメラからの画像信号と組合わせるように設定さ
れている。これら複数の検出器のコリメータは、同じデ
ィメンションでも、また、幾つかの立体角が見えるよう
に長さと口径とを異ならせても良い。 また、可視光の
撮像装置として、CCDカメラを使用したが、これに限
定されるものではなく、CCDを使用しない撮像装置の
使用も可能である。さらに、この撮像装置と、放射線検
出器とを、もしくは、放射検出器のみをロボットに搭載
させて、撮像範囲に近付ける遠隔操作、測定も可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係るガンマ線撮像装置を
説明するための回路図である。
【図2】図1に示すガンマ線撮像装置で使用されている
ガンマ線検出器を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
10…ガンマ線検出器(放射線検出器)、13…プロセ
ッサー、14…CCDカメラ、20…検出体、22…コ
リメータ。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光学像を撮像する撮像装置と、この撮像
    装置の撮像範囲の放射線線のエネルギー強度分布像を得
    る放射線検出器と、この検出器からの出力信号と、前記
    撮像装置からの信号とを合成して放射線画像を形成する
    プロセッサーとを具備し、前記放射線線検出器は、検出
    部と、この検出部の入射面側に設けられ、所定方向から
    の放射線を検出部に入射させる筒状のコリメータとを有
    することを特徴とする放射線撮像装置。
  2. 【請求項2】 前記放射線検出器は、撮像装置の撮像範
    囲に渡って走査されることを特徴とする請求項1の放射
    線撮像装置。
  3. 【請求項3】 前記放射線検出器は、撮像装置の撮像範
    囲の夫々の領域らの放射線を検出部に入射させるように
    配置された複数の筒状のコリメータを有することを特徴
    とする請求項1の放射線撮像装置。
  4. 【請求項4】 前記放射線検出器は、ガンマ線検出器で
    あることを特徴とする請求項1,2もしくは3の放射線
    撮像装置。
  5. 【請求項5】 前記ガンマ検出器の検出部は、CdT
    e、CdTeZn、もしくはシンチレータで構成されて
    いることを特徴とする請求項4の放射線撮像装置。
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Cited By (6)

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