JP3535045B2 - ＭＳＧＣによる反跳電子の軌跡映像からのγ線入射方向決定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＭＳＧＣ（マイク
ロストリップガスチャンバー）による反跳電子の軌跡映
像からのγ線入射方向決定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】γ線（ここでのγ線は、１００ｋｅＶ〜
１ＭｅＶ程度のものを指す）は、最もエネルギーの高い
電磁波であり、光と同様、非常に直進性が高く、Ｘ線以
上に物質の透過性に優れているため、物体内の透過、さ
らにはγ線を発生する同位体の原子核を用いることによ
り、生体内の物質の移動を見るトレーサとして、化学、
生物、医療、薬学を始めとする多くの分野で使用されて
いる。

【０００３】特に、医学分野への利用においては、現
在、癌、腫瘍など多数の診断にγ線による画像診断が利
用されている。適用される臓器も脳、心臓、肺、肝臓、
循環器、骨などほとんどの分野で広く使用されている。
多くは１４０ｋｅＶあたりのガンマ線を出す放射性同位
体を使用し、それらのガンマ線をコリメータにより検出
できる方向を限定したガンマ線検出器で捉え、画像を得
るようにしている。

【０００４】また、生物、工業利用でもγ線を用いた調
査が試みられている。

【０００５】一方、核反応を利用する原子力では、γ線
は危険であることから遮蔽されなければならないが、γ
線を探すことにより汚染を調査することができる。

【０００６】このように、エネルギー領域のγ線は現在
の最先端技術に不可欠なものであり、その検出方法の改
善、向上は科学のみならず産業にも大きな影響があると
いえる。

【０００７】γ線の検出が必要な分野では、その検出目
的により、そのエネルギーを求め、γ線を放射した物質
を決定するスペクトル分析、およびその発生源の方向、
さらにはγ線によるイメージの検出が必要である。前者
は各種のシンチレーション結晶などが開発され多くの装
置が使用されている。

【０００８】一方、γ線は光やＸ線のような反射、屈折
現象がなく光学的な手法を適用できないため、画像をと
ることは殆ど不可能であった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の医学分野におけるγ線の利用に際しては、その
位置分解能がコリメータのサイズで決まり、さらにコリ
メータ自身がバックグラウンドのガンマ線を作ってしま
いノイズを増やしてしまう。そのため画像というより影
が見える程度の検出となってしまい、３次元的な像を得
ることはほとんど不可能であった。また、実際的な問題
として、診断にはコリメータに入るごく一部のγ線しか
使用できない為、全体の像をとるためにはどうしても強
い線量が必要となり、結果として患者の被曝量を増やし
ていた。

【００１０】また、最近、他の検査では発見できないご
く初期の癌の早期発見の決め手として、ＰＥＴ（Ｐｏｓ
ｉｔｒｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈ）
を用いた方法がでてきた。ＰＥＴは、陽電子・電子消滅
から同時発生する２γ線を捉えることにより、数ミリと
いう高い位置分解能と３次元像が得られる優れた検出器
である。ただ、装置が非常に高価であり、特殊な同位体
を作る為の加速器も必要となり、全国に２０台程度しか
ないのが現実である。

【００１１】これとは別に、二重コンプトン効果を用い
たγ線入射方向決定方法もあるが、やはり効率が非常に
悪い。これについては、ここでは説明を割愛する。

【００１２】上記したように、コリメータを用いずにγ
線の到来方向を検出できれば、これまでとは比較になら
ない程の高効率で高精度なγ線方向検出器ができる。こ
こで対象となっている１００ｋｅＶ〜１ＭｅＶ程度のγ
線が通常の物質と起こす相互作用は、主に光電効果とコ
ンプトン効果である。いずれもこの作用の結果として物
質中で反跳電子が発生する。この反跳電子の方向は、入
射γ線の方向に対してある確率分布を持っており、ま
た、そのエネルギーは光電効果では一定、コンプトン効
果では反跳角に応じたものを持つ。

【００１３】表１はそれぞれの効果における反跳電子の
散乱角とエネルギーについてまとめたものである。

【００１４】

【表１】 この表により、物質中で入射γ線が生じさせた反跳電子
の方向、及びエネルギーを測定できれば、数イベントの
γ線だけでその入射方向を決定できることが分かる。

【００１５】本発明は、上記状況に鑑みて、コリメータ
を用いること無しに、迅速、確実にγ線入射方向を決定
することができるＭＳＧＣによる反跳電子の軌跡映像か
らのγ線入射方向決定装置を提供することを目的とす
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔１〕ＭＳＧＣによる反跳電子の軌跡映像からのγ線入
射方向決定装置であって、窓となるドリフト電極と、ガ
スパッケージと、このガスパッケージ内に配置される複
数のフィールドワイヤを有する長いドリフト領域と、前
記ガスパッケージ内に配置されるキャピラリープレート
と、前記ガスパッケージ内に配置されるＭＳＧＣ基板部
と、データ収集システムとを備え、前記ガスパッケージ
中の反跳電子により検出領域中のガスを電離させ、この
うち電子は検出面に垂直になるよう調整されたドリフト
電場に沿ってドリフトし、中間増幅器である前記キャピ
ラリプレートに到達し、ガス増幅され、さらに増幅され
た電子を前記ＭＳＧＣ基板部へドリフトし、２次元の電
極で信号を発生し、これが前記データ収集システムによ
ってナノ秒オーダーの高速時間毎に位置が記録されるよ
うにしたものである。

【００１７】〔２〕ＭＳＧＣによる反跳電子の軌跡映像
からのγ線入射方向決定装置であって、窓となるドリフ
ト電極と、ガスパッケージと、このガスパッケージ内に
配置される複数のフィールドワイヤを有する長いドリフ
ト領域と、前記ガスパッケージ内に配置される長いドリ
フト領域の脇に配置される光検出器と、前記ガスパッケ
ージ内に配置されるキャピラリープレートと、前記ガス
パッケージ内に配置されるＭＳＧＣ基板部と、データ収
集システムとを備え、前記ガスパッケージ中の反跳電子
は検出領域中のガスを電離させ、γ線がガス中で光電／
コンプトン効果を起こした瞬時の時間を決定するため
に、前記光検出器で電離気体が発生する光を捉えるとと
もに、前記電子は検出面に垂直になるよう調整されたド
リフト電場に沿ってドリフトさせ、中間増幅器である前
記キャピラリプレートに到達し、ガス増幅され、さらに
増幅された電子をＭＳＧＣ基板部へドリフトし、２次元
の電極で信号を発生し、これが前記データ収集システム
によってナノ秒オーダーの高速時間毎に位置が記録され
るようにしたものである。

【００１８】〔３〕上記〔１〕又は〔２〕記載のＭＳＧ
Ｃによる反跳電子の軌跡映像からのγ線入射方向決定装
置において、前記ガスパッケージはＸｅをベースとする
ガスで満たされるようにしたものである。

【００１９】〔４〕上記〔３〕記載のＭＳＧＣによる反
跳電子の軌跡映像からのγ線入射方向決定装置におい
て、前記ガスパッケージはＸｅの圧力を調整可能にする
ようにしたものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。

【００２１】従来の検出器では、物質中でγ線が発生さ
せる数１０ｋｅＶ〜数１００ｋｅＶ程度のエネルギーの
反跳電子の飛跡を捉え、その方向、エネルギーを決定す
ることは、不可能であった。しかし、近年本願発明者の
グループで実用化しつつある２次元マイクロストリップ
ガスチャンバー（ＭＳＧＣ）、及びＭＳＧＣ用パイプラ
インデータ処理回路を用いることによって、これが可能
になると考えられる。なお、ここでは、このＭＳＧＣの
説明については省略する。必要であれば、特開平１０−
３００８５６号、特許公報第２８４３３１９号等を参
照。このＭＳＧＣは、これらの公報からも明らかなよう
に、基板（サブストレート）、陽極ストリップ、陰極ス
トリップ、セラミックからなるベース基板、バックスト
リップからなるＭＳＧＣ基板部と、ドリフト板と、この
ドリフト板とＭＳＧＣ基板部間に充填されるガスチャン
バーからなっている。

【００２２】図１は本発明の時間情報を用いた荷電粒子
軌跡の二次元読み出しの原理を示す図である。

【００２３】この図において、１はＭＳＧＣ、２はドリ
フト電極、３はドリフト電場（Ｅ電界）、４はガス雰囲
気、５は検出器、６は検出器５による検出信号、７は電
子雲である。

【００２４】この図に示すように、ＭＳＧＣ１は、検出
領域のガス雰囲気４中で生じた電子雲７を、ドリフト電
場３により電極までドリフトさせ、さらにガス増幅を行
うことにより位置検出を行っている。ここで、電子雲７
が高速荷電粒子により生じた線状のものである場合、そ
の形状を維持したまま電子雲７は電極へドリフトしてい
き、電子雲７の形に応じた位置において信号６が次々に
現れることになる。

【００２５】すなわち、従来のＭＳＧＣと高速データ収
集システムにおいて、信号の位置と検出時間を連続的に
記録することにより、最初の高速荷電粒子の３次元的な
軌跡が得られるのである。

【００２６】似たような方法で荷電粒子の３次元軌跡を
捉える方法は、高エネルギー物理学の分野で数ＭｅＶ以
上の粒子を観察するために用いられている（Ｔｉｍｅ
ＰｒｏｊｅｃｔｉｏｎＣｈａｍｂｅｒ：ＴＰＣ）が、Ｍ
ＳＧＣでは飛跡が数ｍｍ程度の低エネルギーの電子（数
十ｋｅＶ）でも精度良く観測することができる。

【００２７】また、軌跡の長さ（もしくはＭＳＧＣで検
出できるデポジットエネルギー）から反跳電子のエネル
ギーが分かる。これらの情報から、元のγ線の入射方向
を得るためには、以下のステップを施す必要がある。

【００２８】（１）反跳電子を生じさせた物理素過程の
識別 前述したように、１ＭｅＶ以下のγ線に起因する反跳電
子が生じるプロセスには、光電効果とコンプトン効果の
２つがある。光電効果では、入射するγ線のエネルギー
Ｅ_inを全て吸収するために、反跳電子の運動エネルギー
Ｅ_out は、電子の運動方向に依らず一定値Ｅ_in−Ｗに限
定されることになる。ここで、Ｗは光電効果により出て
くる電子の束縛エネルギーである。

【００２９】一方、コンプトン効果は、光子と電子の準
弾性散乱と考えられ、反跳電子の運動エネルギーは散乱
方向に依存するが、このエネルギーは光電効果によるも
のよりも小さい。

【００３０】そこで、この二つの素過程の識別には、反
跳電子のエネルギーを用いればよいといえる。検出すべ
きγ線は、ある一定の核種から出ているものとすると、
そのエネルギーは既知であるため、光電効果による電子
エネルギーは必ず一定の値となる。つまり、このエネル
ギーより低いものが観測されれば、コンプトン効果であ
る。

【００３１】（２）入射γ線の入射方向の候補の推定
（光電効果の場合） 光電効果により生じる電子の散乱角による微分断面積
は、入射γ線と散乱電子の角度をθとすると、 となることが知られている。ここで、βは反跳電子の初
速と光速の比である。入射γ線のエネルギーが電子質量
（５１１ｋｅＶ）に対し充分小さい場合は、入射γ線と
ほぼ垂直方向に光電子が放射されるが、入射エネルギー
が高くなるに従い、相対論的効果により電子の射出方向
が前方に偏ってくる。

【００３２】５０ｋｅＶ〜８００ｋｅＶのいくつかのエ
ネルギーにおける電子の発生方向を図２に示した。

【００３３】この散乱電子の方位角分布は、入射γ線の
偏光の度合いに依存するが、偏光がないものと仮定する
と、方位角方向の分布は全く同じである。

【００３４】そのため、図３に示すように、観測された
反跳電子の軌跡より、図２に対応する円錐上の方向（正
確には、円錐を中心とするある確率分布）が、γ線の入
射方向の候補となる。なお、図３において、８は電子ト
ラック、９は入射γ線候補円錐である。

【００３５】（３）入射γ線の入射方向の候補の推定
（コンプトン効果の場合） 反跳電子の軌跡がコンプトン効果によるものである場
合、エネルギーＥ_inのγ線の入射方向と反跳電子のなす
角度θ、及び電子のエネルギーＥ_out の関係式は、以下
のようになる。

【００３６】 ここで、ｍｃ² は、電子の静止質量である。すなわち、
入射γ線と反跳電子のエネルギーが分かれば、この式は
θについて解くことができ、反跳電子の軌跡を軸とし
た、角度θ方向の円錐上（図３参照）がγ線の入射方向
の候補となる。

【００３７】（４）複数事象の反跳電子観測によるγ線
の入射方向の決定 上記の方法により、単独の反跳電子の観測から、その元
となるγ線の到来方向について空間上に大きな制限を与
えることができるため、同一方向から到来する複数のγ
線入射に起因する反跳電子を観測すれば、それぞれから
求められるγ線入射方向の候補の重なりから、入射方向
を決定することができる。円錐の重なりにより、入射方
向を一意的に決定する場合は、最低限３イベントのγ線
入射が必要である。また、複数の方向よりγ線が到来し
ている場合についても、観測された反跳電子より計算さ
れる円錐の重ね合わせを計算機上で処理していくことに
より、入射方向の決定は可能である（図４参照）。な
お、図４において、Ａは複数の事象から求められるγ線
入射方向、Ｂは一つの反跳電子から求められるγ線入射
方向の候補である。

【００３８】この方法によれば、γ線を捉えるためのコ
リメータは不要となり、また大きな検出領域を持つ検出
器が使えるため、線源に対する検出器の立体角が飛躍的
に大きくなり、高効率γ線方向検出器が実現できるもの
と考えられる。

【００３９】次に、具体的な実施例の説明を行う。

【００４０】γ線の方向検出器としては、検出器から比
較的離れた線源を調べる場合と、近接したものを調べる
場合が考えられる。

【００４１】前者は、検出器に対する入射γ線の方向の
みを調べるもので、放射線の安全管理分野（放射線の洩
れ検出や放射性廃棄物の放射化部位の調査）に非常に有
用であると考えられる。

【００４２】また、後者は、線源に対する検出器の立体
角が大きくなることから、低容量の放射性物質の空間的
な位置を特定できることが期待でき、医療用の放射性ト
レーサと組み合わせて利用することで、これまでに比べ
てはるかに扱いやすく危険性の少ない診療を高精度で実
施することが可能になると考えられる。

【００４３】この遠距離用と近距離用のγ線方向検出器
の実施例は、若干異なるので、それぞれについて説明す
る。

【００４４】図５は本発明の第１実施例を示すＭＳＧＣ
による反跳電子の軌跡映像からのγ線入射方向決定装置
の模式図であり、遠距離用検出器の構造を示している。

【００４５】この図において、１０はγ線到来方向検出
装置、１１はドリフト電極（窓）、１２はガスパッケー
ジ、１２Ａはガスパッケージ側壁、１３はフィールドワ
イヤ（電場構造線）、１４はキャピラリープレート、１
５は長いドリフト領域、１６はＭＳＧＣ基板部（ＭＳＧ
Ｃ本体）、２０はデータ収集システムである。

【００４６】ここでは、中間増幅器（キャピラリプレー
ト１４）付ＭＳＧＣ基板部１６に、長いドリフト領域１
５を設ける。この長いドリフト領域１５は電場の直線性
が重視されるため、ドリフト電場を補正するためのフィ
ールドワイヤ（電場調整用電極）１３を周囲に張る。こ
のγ線到来方向検出装置１０内部は、Ｘｅをベースとす
るガスで満たすことにより、γ線に対する検出効率を上
げている。なお、フィールドワイヤ１３はガスパッケー
ジ側壁１２Ａに張りめぐらされる。つまり、ガスパッケ
ージ１２の内部は空洞となり、γ線を受け入れることに
なる。

【００４７】また、このガスを封入している部分は圧力
容器になっており、検出するγ線のエネルギーや効率な
どの必要性に応じて、内部のガス圧を上げることができ
るようになっている。反跳電子は検出領域中のガスを電
離させ、このうち電子は検出面に垂直になるよう調整さ
れたドリフト電場に沿ってドリフトし、中間増幅器であ
るキャピラリプレート１４に到達し、ガス増幅される。

【００４８】さらに増幅された電子はＭＳＧＣ基板部１
６へドリフトし、２００μ間隔に配置された２次元の電
極で信号を発生し、これがデータ収集システム２０によ
って５０〜１００ｎ秒毎に位置が記録される。キセノン
ガス中で１気圧・室温における電子のドリフト速度は、
電場が３００Ｖ／ｃｍの場合で約２ｃｍ／μ秒であるか
ら、この場合であれば、５０ｎ秒毎のデータ収集によっ
て検出器の深さ方向に対し１ｍｍの間隔で反跳電子の軌
跡の３次元構造に対応するデータが得られることにな
る。

【００４９】ここで、留意すべきことは、このような長
いドリフト領域１５を持つＭＳＧＣ基板部の場合は、電
極近傍で起こる電子なだれによってできる正イオンがド
リフト層に流れ、絶縁体からなるガスパッケージ側壁１
２Ａに付着しチャージアップを起こし電場を歪めてしま
う特性があるので、ＭＳＧＣ基板部１６の上に設置した
キャピラリープレート１４により、下部でできた正イオ
ンは全てキャピラリープレート１４の電極で吸収するこ
とにより、この影響を無くすことができる。そのため、
本発明の装置は、長時間、強い放射線環境においても電
場を歪めてしまうことはなく、正確なγ線入射方向の測
定を行うことができる。

【００５０】図６は本発明の第２実施例を示すＭＳＧＣ
による反跳電子の軌跡映像からのγ線入射方向決定装置
の模式図であり、近距離用検出器の構造を示している。

【００５１】近距離用のγ線方向検出器では、反跳電子
の３次元像を得る時に、それが検出器中どの位置（深
さ）で生じたかということも必要な情報となる。この情
報はドリフト電子が発生する時間、つまりγ線の到来時
間とドリフト電子がＭＳＧＣ基板部１６に到達した時間
差から求められる。

【００５２】そこで、近距離用の検出器の構造は、遠距
離用のものに加えて、γ線がガス中で光電／コンプトン
効果を起こした瞬時の時間を決定するために、電離気体
が発生する光（シンチレーション）を捉えるための高速
の光検出器１７（光電子の像倍管など１光子を数ナノ秒
の精度で捉えられる検出器）をドリフト領域脇に配置す
る。この光検出器１７から生じたトリガ信号も、データ
収集システム２０へ送られる。それ以外の構成は第１実
施例と同様であるので、ここでは説明を省略する。

【００５３】さらに、遠距離、近距離に共通して、１Ｍ
ｅＶ近いγ線を観測する場合のエネルギーを測定するた
めに、必要に応じて検出領域に磁場を与えられる構造に
しておく場合もある。

【００５４】図７は本発明の実施例を示すＭＳＧＣ用デ
ータ収集システムのブロック図である。

【００５５】この図において、ＭＳＧＣ用データ収集シ
ステム２０は、エンコーダシステム２１、メモリモジュ
ール２２、クロック２３、カウンタ（タイムスタンプ）
２４、コンピュータシステム２５を有する。なお、１６
はＭＳＧＣ基板部、１７は光検出器、２６はトリガ信号
である。

【００５６】図７に示すように、基本的にはこれまでの
イメージング用の高速データ収集システムと同じ構造で
あるが、軌跡の３次元構造を捉えるための時間記録の高
精度化を実現している。すなわち、従来の２次元のスト
リップ型検出器で２次元座標を得る場合、このような光
速に近い速さの粒子が作るトラックは一つの事象となっ
てしまい、従来のゲートを空けてその間にヒットしたス
トリップの位置を記録する方法では捉えることが不可能
であった。それを解決する方法として、位置方向のスト
リップをパッドとよぶピクセルの列として各ピクセルに
回路を取り付け、そのヒットしたパッドと、残りの方向
のストリップのヒット、およびその時間を記録すること
でこのトラックの各ストリップでの粒子トラックの３次
元的位置を捉え、トラック全体を捉えることが初めて可
能となった。これがＴＰＣ（Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｊｅｃｔ
ｉｏｎ Ｃｈａｍｂｅｒ）である。他にもパッドを使わ
ず一方向のストリップの両端からアナログ信号を読み、
粒子のトラックのそのストリップ上での位置を得るＪＥ
Ｔ−Ｃｈａｍｂｅｒという方法などがある。ＴＰＣの場
合は回路が面積に比例して増加してしまう。また、ＪＥ
Ｔ−Ｃｈａｍｂｅｒの場合は位置分解能が悪く多くのア
ナログ信号を変換するＡＤＣ回路が必要となってしま
う。

【００５７】本発明のイメージング用の高速データ収集
システム２０は各ストリップからの信号を高速のクロッ
ク２３で同期を取る。つまり、一つのクロック２３内の
各ストリップのヒットが一事象となる。普通粒子トラッ
クからドリフトしてくる電子は、マイクロ秒程度のバラ
ツキを持ってくるので、１０ＭＨｚ程度のクロック２３
を用いてデータを取ると一つのトラックで１０点程度の
点の連続した点のデータとして簡単にトラックが記録さ
れる。このシステムは、検出器の面積ではなく周囲長、
つまり面積の平方根でしか増加せず、また一切アナログ
処理を必要としないため、小型で大量の事象の処理が可
能となる。すなわち、これまでのデータ収集システムで
は、データ収集は１０ＭＨｚクロックで行っており、時
間記録は最高１０クロック毎（１μ秒分解能）であった
のに対し、本発明のイメージング用の高速データ収集シ
ステム２０では、各クロック２３毎の時間が記録され
る。さらに、近距離用のシステムに、光検出器１７から
のトリガ信号２６のタイミングもデータとして記録でき
る。

【００５８】データ収集システム２０に取り込まれたデ
ータは、直接コンピュータシステム２５に取り込むこと
ができ、ここから入射γ線の方向を計算することにな
る。反跳電子の空間上の軌跡からその射出方向、また長
さからそのエネルギーを測定することができる。エネル
ギーについては、１ＭｅＶ近くの高いエネルギーのγ線
入射の場合、多くの反跳電子軌跡が検出器内で収まらな
くなる可能性があるため、この場合には検出領域に磁場
をかけて、電子の軌跡が曲がる曲率を観測することによ
り反跳電子のエネルギーが得られる。これらの値が得ら
れれば、後は上記したように、数イベントの軌跡から入
射γ線の方向を決定することができる。

【００５９】近距離用のものについては、検出器の中の
軌跡の生じた位置の違いを用いて、三角測量と同様な手
法により線源までの距離も特定できる。また、遠距離の
線源を観測する場合でも、複数の検出器を用いることに
より、同様に三角測量法で線源の空間的位置を捉えるこ
とができる。これらの計算は、現在のコンピュータを用
いればほぼ瞬時にできるものと考えられ、γ線の入射方
向をリアルタイムに記録、表示することも可能である。

【００６０】次に、動作試験の結果について述べる。

【００６１】構造的には従来のＭＳＧＣと共通すること
が多いため、従来のＭＳＧＣを用いて基本的な現象は観
測されている。

【００６２】図８にＭＳＧＣに何も入射させずに１０秒
間動作させた時に得られた像を示す。

【００６３】一般に地上においては、１ｃｍ² 当たり１
０^-2 個程度、μ粒子が降り注いでいるが、この図に、
その軌跡と見られるものがはっきり観測されている。現
在のデータ収集システムでは、得られた点列の時間並び
を正確に記録することはできないが、ここでは、データ
収集は１０ＭＨｚクロックで行っているために、それぞ
れの点は１００ｎ秒毎に得られている（図８におけるＣ
参照）と考えられる。

【００６４】ここで、宇宙線起源のμ粒子が通過するこ
とにより生じる電離電子の密度よりは、γ線による反跳
電子が生じる電子密度の方がはるかに大きいため、少な
くともμ粒子の軌跡が見えているということは、γ線の
反跳電子も同様に容易に観測できるであろうことを示し
ている。

【００６５】このＭＳＧＣは、ドリフト領域の厚さが５
ｍｍ程度であり、ここにかけていた電場が約２００Ｖ／
ｃｍ、データ収集が１００ｎ秒、ガス組成がキセノン７
０％：エタン３０％であったことから、このドリフト領
域を突き抜けたμ粒子の軌跡が５〜６個の点列となって
現れている。これは、ＭＳＧＣがＴＰＣとして動作して
いる証拠であり、荷電粒子の軌跡が、深さ方向に１ｍｍ
単位で得られ、３次元的な粒子の軌跡が記録されている
ことを示している。

【００６６】このように、本発明の装置は、前述したＰ
ＥＴ以上の３次元的位置分解能をこのエネルギー領域の
シングルγ線発生源に対して得ることができ、２πステ
ラジアン（２π ｓｔｒ：ほぼ半球の領域）という大き
な立体角を有する。また、コリメータを必要としないの
で、バックグラウンドも激減する。そのため、例えば医
療分野の利用に際しては患者の被曝を従来の１００分の
１以下にしながらＰＥＴ以上の位置分解能、時間分解能
をシングルガンマ線源で得ることができる。

【００６７】また、２ガンマ線崩壊に対する検出に対し
ても、この装置は５００ｋｅＶからのコンプトン散乱で
出てくる反跳電子（ほとんどは２００ｋｅＶ以下であ
り、この装置で完全に捉えられる）を捉えることで、同
様の精度で位置を検出することができる。医学利用の場
合、ガンマ線のエネルギーが既知であるため、前で述べ
たように電子の方向とエネルギーのみからガンマ線の方
向が求められる。つまり、１ガンマ線のみの検出でよ
い。また、大立体角のため検出効率は同じく数百倍改善
される。より感度を上げたい場合は、ノイズを落とすた
めに、検出器の反対側に同時計測用のシンチレータの板
検出器（ピクセルにする必要はない）を置き、同時計測
およびエネルギー測定で２ガンマ線事象ということを同
定できる。

【００６８】このように、従来のガンマ線診断の概念を
一新させＸ線ＣＴに近い能力が得られる。

【００６９】次に、生物・工業利用について述べる。

【００７０】この分野の利用においては、医学利用と同
じように同位体を用いたトレーサの流れをリアルタイム
でしかも検出器よりもずっと大きな離れたものの中の移
動をリアルタイムで診ることができる。例えば、反応炉
の中の反応の場所、進み具合、拡散具合など、物質量が
ガンマ線をある程度透過できるものは大抵、トレーサの
動きを捉えられる。

【００７１】また、この検出器はガンマ線の角度を得る
ものであり、検出器に近い程位置分解能があがる。その
ため生物、薬学、医学で使用される小動物内では線源と
検出器との距離を小さくすることができ、そのため位置
分解能があがり、小動物に対しても部位の位置決定が可
能となる。

【００７２】さらに、原子力関連では、作業前の広範囲
な汚染状況の確認、作業後の人体全体の被曝の確認な
ど、従来サーベメータで全領域をチェックする以外方法
がなく、時間がかかり信頼度も低かったものが、大幅に
質、時間の両面で改善される。

【００７３】なお、本発明は、電極間隔が１ｍｍ以下に
配置された２次元ガス比例係数装置にも適用可能であ
る。

【００７４】また、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。

【００７５】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。

【００７６】（１）コリメータを用いることなしに、迅
速、確実にγ線入射方向を決定することができる。

【００７７】（２）γ線の入射方向をリアルタイムに記
録、表示することも可能である。

【００７８】（３）キセノンガスを充満することによ
り、γ線に対する検出効率を上げることができる。

【００７９】（４）キセノンガスの圧力を調整すること
により、γ線に対する検出効率をより向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の時間情報を用いた荷電粒子軌跡の二次
元読み出しの原理を示す図である。

【図２】本発明の光電効果による反跳電子の発生方向を
示す図である。

【図３】本発明の反跳電子軌跡より求まる入射γ線方向
の候補を示す図である。

【図４】本発明の円錐で表される空間上の方向を平面に
置き換えた図である。

【図５】本発明の第１実施例を示す遠距離γ線方向検出
用ＭＳＧＣの模式図である。

【図６】本発明の第２実施例を示す近距離γ線方向検出
用ＭＳＧＣの模式図である。

【図７】本発明の実施例を示すＭＳＧＣ用データ収集シ
ステムのブロック図である。

【図８】本発明のγ線方向検出用ＭＳＧＣで捉えたミュ
ーオンの軌跡を示す図である。

【符号の説明】

１ ＭＳＧＣ ２，１１ ドリフト電極（窓） ３ ドリフト電場（Ｅ電界） ４ ガス雰囲気 ５ 検出器 ６ 検出器による検出信号 ７ 電子雲 ８ 電子トラック ９ 入射γ線候補円錐 Ａ 複数の事象から求められるγ線入射方向 Ｂ １つの反跳電子から求められるγ線入射方向の候
補 １０ γ線到来方向検出装置 １２ ガスパッケージ１２Ａ ガスパッケージ側壁 １３ フィールドワイヤ（ガスパッケージの側壁に張
りめぐらされる電場構造線） １４ キャピラリープレート １５ 長いドリフト領域 １６ ＭＳＧＣ基板部 １７ 光検出器 ２０ データ収集システム ２１ エンコーダシステム ２２ メモリモジュール ２３ クロック ２４ カウンタ（タイムスタンプ） ２５ コンピュータシステム ２６ トリガ信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−300856（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−225984（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−5194（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−203079（ＪＰ，Ａ) 特表 平９−508750（ＪＰ，Ａ) 特表2001−516454（ＪＰ，Ａ) 特表2001−508935（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01T 1/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＭＳＧＣによる反跳電子の軌跡映像から
   のγ線入射方向決定装置であって、 （ａ）窓となるドリフト電極と、 （ｂ）ガスパッケージと、 （ｃ）該ガスパッケージ内に配置される複数のフィール
   ドワイヤを有する長いドリフト領域と、 （ｄ）前記ガスパッケージ内に配置されるキャピラリー
   プレートと、 （ｅ）前記ガスパッケージ内に配置されるＭＳＧＣ基板
   部と、 （ｆ）データ収集システムとを備え、 （ｇ）前記ガスパッケージ中の反跳電子により検出領域
   中のガスを電離させ、このうち電子は検出面に垂直にな
   るよう調整されたドリフト電場に沿ってドリフトし、中
   間増幅器である前記キャピラリプレートに到達し、ガス
   増幅され、さらに増幅された電子を前記ＭＳＧＣ基板部
   へドリフトし、２次元の電極で信号を発生し、これが前
   記データ収集システムによってナノ秒オーダーの高速時
   間毎に位置が記録されることを特徴とするＭＳＧＣによ
   る反跳電子の軌跡映像からのγ線入射方向決定装置。
2. 【請求項２】 ＭＳＧＣによる反跳電子の軌跡映像から
   のγ線入射方向決定装置であって、 （ａ）窓となるドリフト電極と、 （ｂ）ガスパッケージと、 （ｃ）該ガスパッケージ内に配置される複数のフィール
   ドワイヤを有する長いドリフト領域と、 （ｄ）前記ガスパッケージ内に配置される長いドリフト
   領域の脇に配置される光検出器と、 （ｅ）前記ガスパッケージ内に配置されるキャピラリー
   プレートと、 （ｆ）前記ガスパッケージ内に配置されるＭＳＧＣ基板
   部と、 （ｇ）データ収集システムとを備え、 （ｈ）前記ガスパッケージ中の反跳電子は検出領域中の
   ガスを電離させ、γ線がガス中で光電／コンプトン効果
   を起こした瞬時の時間を決定するために、前記光検出器
   で電離気体が発生する光を捉えるとともに、前記電子は
   検出面に垂直になるよう調整されたドリフト電場に沿っ
   てドリフトさせ、中間増幅器である前記キャピラリプレ
   ートに到達し、ガス増幅され、さらに増幅された電子を
   ＭＳＧＣ基板部へドリフトし、２次元の電極で信号を発
   生し、これが前記データ収集システムによってナノ秒オ
   ーダーの高速時間毎に位置が記録されることを特徴とす
   るＭＳＧＣによる反跳電子の軌跡映像からのγ線入射方
   向決定装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載のＭＳＧＣによる反
   跳電子の軌跡映像からのγ線入射方向決定装置におい
   て、前記ガスパッケージはＸｅをベースとするガスで満
   たされることを特徴とするＭＳＧＣによる反跳電子の軌
   跡映像からのγ線入射方向決定装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載のＭＳＧＣによる反跳電子
   の軌跡映像からのγ線入射方向決定装置において、前記
   ガスパッケージはＸｅの圧力を調整可能にしてなること
   を特徴とするＭＳＧＣによる反跳電子の軌跡映像からの
   γ線入射方向決定装置。