JP7496181B1 - 測定装置および測定方法 - Google Patents

Abstract

測定装置（１０）は、減衰体（１２０）、散乱体（１４０）、および吸収体（１６０）を備える。減衰体（１２０）は、入射するガンマ線（２０）を、入射角度に応じた確率で透過させる。散乱体（１４０）は、減衰体（１２０）を透過したガンマ線（２０）の少なくとも一部を散乱させる。吸収体（１６０）は、散乱体（１４０）で散乱されたガンマ線（２０）の少なくとも一部を吸収する。また、一例において第１生成部は、ガンマ線（２０）の散乱位置情報、吸収位置情報、第１放出エネルギー値、および第２放出エネルギー値を用いて、そのガンマ線（２０）の減衰体（１２０）への入射方向に関する第１分布情報を生成する。

Description

本発明は測定装置および測定方法に関する。

ガンマ線がどの方向から到来したかを検出する装置として、コンプトンカメラがある。コンプトンカメラは例として、物理、天文、医療、環境の分野で用いられる。

非特許文献１には、人体内の２種類の放射性医薬品（ＳＰＥＣＴ薬剤とＰＥＴ薬剤）の分布を１台のコンプトンカメラで同時にイメージグする技術が記載されている。

非特許文献２には、ＰＥＴイメージングとコンプトンイメージングを同時に行う技術が記載されている。

Takashi Nakano、外１４名、「Imaging of 99mTc-DMSA and 18F-FDG in humans using a Si/CdTe Compton camera」、Physics in Medicine & Biology、IOP Publishing、２０２０年２月２８日、６５（２０２０）０５ＬＴ０１ Mizuki Uenomachi、外７名、「Simultaneous in vivo imaging with PET and SPECT tracers using a Compton-PET hybrid camera」、Scientific Reports、Nature Research、２０２１年９月９日、（２０２１）１１：１７９３３

しかし、非特許文献１の技術では、コンプトンカメラのみで２つの薬剤の分布をイメージングしていた。その結果、どちらの薬剤についても通常のＳＰＥＣＴ装置およびＰＥＴ装置に比べて解像度が悪く、実用に適さないという問題があった。また、非特許文献２の技術では、ＳＰＥＣＴ薬剤として汎用的な^９９ｍＴｃのイメージングが困難であり、複数光子を放出し、かつ、^９９ｍＴｃより高エネルギーのガンマ線を放出する特殊な薬剤^１１１Ｉｎを用いていた。

本発明は、汎用性および精度に優れる放射線測定装置を提供する。

本発明の一形態によれば、以下の測定装置および測定方法が提供される。

１． 入射するガンマ線を、入射角度に応じた確率で透過させる減衰体と、
前記減衰体を透過したガンマ線の少なくとも一部を散乱させる散乱体と、
前記散乱体で散乱されたガンマ線の少なくとも一部を吸収する吸収体と、を備える
測定装置。
２． １．に記載の測定装置において、
ガンマ線の前記散乱体での散乱位置情報、そのガンマ線の前記吸収体での吸収位置情報、そのガンマ線から前記散乱体への第１放出エネルギー値、およびそのガンマ線から前記吸収体への第２放出エネルギー値を用いて、そのガンマ線の前記減衰体への入射方向に関する第１分布情報を生成する第１生成部をさらに備える
測定装置。
３． ２．に記載の測定装置において、
前記減衰体は、ガンマ線の数を減衰させる減衰部を有し、
前記第１生成部は、ガンマ線が前記減衰部を通過したと仮定される通過長さをさらに用いて、前記第１分布情報を生成する
測定装置。
４． ３．に記載の測定装置において、
前記第１生成部は、
対象平面内でガンマ線が通過した可能性がある候補位置の分布を、そのガンマ線の、前記散乱位置情報、前記吸収位置情報、前記第１放出エネルギー値、および前記第２放出エネルギー値を用いて特定し、
前記分布に含まれる複数の候補位置のそれぞれと、そのガンマ線の前記散乱体での散乱位置との関係に基づいて、前記通過長さを前記複数の候補位置のそれぞれについて導出し、
そのガンマ線が前記複数の候補位置のそれぞれを通過した可能性の高さを示す重みを、前記通過長さを用いて導出し、
前記複数の候補位置と、前記複数の候補位置のそれぞれに対する前記重みを用いて、前記第１分布情報を生成する
測定装置。
５． １．から４．のいずれか一つに記載の測定装置において、
前記減衰体は、パラレルコリメータである
測定装置。
６． ５．に記載の測定装置において、
前記散乱体で吸収されたガンマ線の、前記散乱体での吸収位置情報を用いて、そのガンマ線がどこから到来したかに関する到来情報を生成する第２生成部をさらに備える
測定装置。
７． １．から６．のいずれか一つに記載の測定装置において、
前記減衰体と前記散乱体との間隔は５ｍｍ以下である
測定装置。
８． 入射するガンマ線を、入射角度に応じた確率で透過させる減衰体に、ガンマ線を入射させ、
前記減衰体を透過したガンマ線の少なくとも一部を散乱体で散乱させ、
前記散乱体で散乱されたガンマ線の少なくとも一部を吸収体で吸収させる
測定方法。

本発明によれば、汎用性および精度に優れる放射線測定装置を提供できる。

第１の実施形態に係る測定装置の構成を例示する図である。 第１の実施形態に係る減衰体の例を示す図である。 散乱体および吸収体を実現するための検出器の構成を例示する図である。 第１の実施形態に係る測定装置の構成を例示する図である。 第１生成部を実現するための計算機を例示する図である。 減衰体、散乱体、および吸収体と、それらに入射するガンマ線との関係を例示する図である。 点Ｐ_１と、楕円との位置関係を例示する図である。 点Ｐ_１と点Ｐ_Ｃとの位置関係を例示する図である。 第１生成部が行う処理の流れを例示するフローチャートである。 第１生成部が生成する第１分布情報を示す画像を例示する図である。 参考例に係る累積分布情報のイメージを例示する図である。 第１の実施形態に係る累積分布情報のイメージを例示する図である。 第２の実施形態に係る減衰体を例示する斜視図である。 第２の実施形態に係る測定装置の機能構成を例示する図である。 第２生成部が行う処理の流れを例示するフローチャートである。 第２の実施形態に係る減衰部と、散乱位置（点Ｐ_１）、および候補位置（点Ｐ_Ｃ）の関係を示す図である。 実施例１に係る測定構成を示す図である。 実施例１に係る累積分布情報を示す図である。 比較例１に係る累積分布情報を示す図である。 図１８および図１９のそれぞれに示した累積分布情報のラインプロファイルである。 実施例２に係る測定構成を示す図である。 実施例２に係る累積分布情報を示す図である。 比較例２に係る累積分布情報を示す図である。 図２２および図２３のそれぞれに示した累積分布情報のラインプロファイルである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る測定装置１０の構成を例示する図である。図１において、ガンマ線源を黒丸で示している。本実施形態に係る測定装置１０は、減衰体１２０、散乱体１４０、および吸収体１６０を備える。減衰体１２０は、入射するガンマ線２０を、入射角度に応じた確率で透過させる。散乱体１４０は、減衰体１２０を透過したガンマ線２０の少なくとも一部を散乱させる。吸収体１６０は、散乱体１４０で散乱されたガンマ線２０の少なくとも一部を吸収する。

本実施形態に係る測定方法は、減衰体１２０にガンマ線を入射させることと、減衰体１２０を透過したガンマ線２０の少なくとも一部を散乱体１４０で散乱させることと、散乱体１４０で散乱されたガンマ線２０の少なくとも一部を吸収体１６０で吸収させることとを含む。ここで、減衰体１２０は、入射するガンマ線２０を、入射角度に応じた確率で透過させる。

本実施形態に係る測定方法は、たとえば本実施形態に係る測定装置１０で実現される。

本実施形態に係る測定装置１０および測定方法によれば、減衰体１２０を用いることにより、ガンマ線２０がどの方向から到来したかを高精度に測定できる。本実施形態に係る測定装置１０および測定方法について、以下に詳しく説明する。

図２は、本実施形態に係る減衰体１２０の例を示す図である。上述した通り、減衰体１２０は、入射するガンマ線２０を、入射角度に応じた確率で透過させる。なお、減衰体１２０は、全てのエネルギー帯のガンマ線２０を、入射角度に応じた確率で透過させる必要はない。減衰体１２０は、少なくともいずれかのエネルギー帯のガンマ線２０（たとえば後述する高エネルギー帯のガンマ線２０）を、入射角度に応じた確率で透過させればよい。たとえば、減衰体１２０は、他のエネルギー帯のガンマ線２０を入射角度によらず遮蔽するようなものであってもよい。

減衰体１２０は、ガンマ線２０の数を減衰させる減衰部１２２を有する。すなわち、複数のガンマ線２０が減衰部１２２に入射した場合、それら複数のガンマ線２０の一部のみが減衰部１２２を通過する。ガンマ線２０が減衰部１２２を透過する確率は、ガンマ線２０のエネルギー等に依存する。減衰部１２２はたとえばガンマ線２０の数を減衰させる金属からなる。減衰部１２２はたとえば、タングステン、鉛、錫、および、銅のうち少なくともいずれかを含む。または減衰部１２２は、タングステン、鉛、錫、および、銅のうち少なくともいずれかを含む合金を含んでもよい。図２の例において、減衰部１２２は金属の平板である。また、減衰体１２０は全体が減衰部１２２である。本実施形態に係る減衰体１２０の厚さはたとえば３ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。

ガンマ線２０が減衰部１２２を透過する確率は、ガンマ線２０が減衰部１２２を通過する通過長さＬが長いほど低くなる。すなわち、減衰体１２０の入射面１２０ａに対するガンマ線２０の入射角度が大きいほど、ガンマ線２０が減衰部１２２に吸収されず減衰体１２０を通過する可能性が低くなる。

図２の例において、減衰体１２０は全体として平板状である。減衰体１２０における入射面１２０ａは、減衰体１２０の主面のうちの一つである。減衰体１２０における出射面１２０ｂは、減衰体１２０の主面のうち他の一つであり、減衰体１２０の入射面１２０ａとは反対側の面である。減衰体１２０からのガンマ線２０の出射角度は、そのガンマ線２０の減衰体１２０への入射角度と同じである。

なお、入射面に対するガンマ線２０の入射角度とは、入射面の法線と、そのガンマ線２０の入射方向とのなす角である。出射面に対するガンマ線２０の出射角度とは、出射面の法線と、そのガンマ線２０の出射方向とのなす角である。以後、各部材に対する入射角度および出射角度について同じである。

散乱体１４０は、散乱体１４０に入射したガンマ線２０を散乱させる。すなわち、散乱体１４０からのガンマ線２０の出射角度は、散乱体１４０へのガンマ線２０の入射角度とは異なりうる。たとえば、散乱体１４０は全体として平板状である。散乱体１４０における入射面１４０ａは、散乱体１４０の主面のうちの一つである。散乱体１４０における出射面１４０ｂは、散乱体１４０の主面のうち他の一つであり、散乱体１４０の入射面１４０ａとは反対側の面である。

減衰体１２０の出射面１２０ｂは、散乱体１４０の入射面１４０ａに対向している。減衰体１２０の出射面１２０ｂは、散乱体１４０の入射面１４０ａと平行である。減衰体１２０と散乱体１４０との間隔は５ｍｍ以下であることが好ましく、１ｍｍ以下であることがより好ましい。減衰体１２０と散乱体１４０との間隔が狭いほど、外部からの影響を受けにくく、測定装置１０の測定精度が向上する。減衰体１２０と散乱体１４０とは接していることがさらに好ましい。すなわち、減衰体１２０の出射面１２０ｂは、散乱体１４０の入射面１４０ａに接していることが好ましい。ただし、減衰体１２０と散乱体１４０との間には、ガンマ線２０に影響を与えない他の部材が介在していてもよい。

散乱体１４０は、散乱体１４０内で散乱されるガンマ線２０からエネルギーを受け取る。すなわち、散乱体１４０内で、ガンマ線２０のエネルギーは減衰する。散乱体１４０は、ガンマ線２０から散乱体１４０へ放出されるエネルギーの大きさ（「第１放出エネルギー値」と呼ぶ。）を検出する機能を有する。また、散乱体１４０は、散乱体１４０内でガンマ線２０が散乱された位置（「散乱位置」と呼ぶ。）を検出する機能を有する。散乱体１４０は、散乱位置を、二次元で検出する機能を有してもよいし、三次元で検出する機能を有してもよい。散乱体１４０はたとえば、図３を用いて詳しく後述する検出器３０で実現される。

吸収体１６０は、吸収体１６０に入射したガンマ線２０を吸収する。すなわち、吸収体１６０に入射したガンマ線２０は、吸収体１６０内でエネルギーを失い、吸収体１６０から出射されない。たとえば、吸収体１６０は全体として平板状である。吸収体１６０における入射面１６０ａは、吸収体１６０の主面のうちの一つである。

散乱体１４０の出射面１４０ｂは、吸収体１６０の入射面１６０ａに対向している。散乱体１４０の出射面１４０ｂは、吸収体１６０の入射面１６０ａと平行である。散乱体１４０と吸収体１６０との間隔は、目標とする解像度や感度に応じて設定することができる。散乱体１４０と吸収体１６０とは、互いに接していてもよいし、離れていてもよい。散乱体１４０と吸収体１６０とが互いに接している場合、高い感度が得られる一方、解像度が低くなる。逆に、散乱体１４０と吸収体１６０との間隔を広くすることで、解像度を高めることができる一方、感度が下がり、視野が狭まる。散乱体１４０と吸収体１６０との間隔は、３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることが好ましい。散乱体１４０と吸収体１６０との間隔は、５０ｍｍ以上であってもよい。

吸収体１６０は、吸収体１６０内で吸収されるガンマ線２０からエネルギーを受け取る。すなわち、吸収体１６０内で、ガンマ線２０のエネルギーは減衰する。吸収体１６０は、ガンマ線２０から吸収体１６０へ放出されるエネルギーの大きさ（「第２放出エネルギー値」と呼ぶ。）を検出する機能を有する。また、吸収体１６０は、吸収体１６０内でガンマ線２０が吸収された位置（「吸収位置」と呼ぶ。）を検出する機能を有する。吸収体１６０は、吸収位置を、二次元で検出する機能を有してもよいし、三次元で検出する機能を有してもよい。吸収体１６０はたとえば、図３を用いて詳しく後述する検出器３０で実現される。

測定装置１０において減衰体１２０、散乱体１４０、および吸収体１６０はこの順に配置されている。減衰体１２０、散乱体１４０、および吸収体１６０の相対位置は互いに固定されている。

図３は、散乱体１４０および吸収体１６０を実現するための検出器３０の構成を例示する図である。検出器３０は、シンチレータ３１のアレイおよび光電変換素子３２のアレイを備える。シンチレータ３１は、ガンマ線２０が放出するエネルギーを光に変換して出力する。光電変換素子３２は、シンチレータ３１から出力された光を電気信号に変換する。光電変換素子３２はたとえばＰＭＴ（光電子倍増管）、フォトダイオード、または内部増幅機能をもつ光素子（アバランシェフォトダイオードやシリコンフォトマル）である。光電変換素子３２のアレイはたとえば、アレイ化されたＰＭＴ、アレイ化されたフォトダイオード、アレイ化されたアバランシェフォトダイオード、またはアレイ化されたシリコンフォトマルである。アレイ化が可能なシリコンフォトマルの例として、Multi-Pixel Photon Counter（ＭＰＰＣ）が挙げられる。

図３の例において、検出器３０は、ガンマ線２０がエネルギーを放出する位置を二次元に検出する。すなわち、複数のシンチレータ３１は二次元にアレイ化されている。また、複数の光電変換素子３２は、二次元にアレイ化されている。言い換えると、複数のシンチレータ３１および複数の光電変換素子３２は、ピクセル化されている。エネルギーを放出する位置とは、散乱体１４０における散乱位置であり、吸収体１６０における吸収位置である。検出器３０が、ガンマ線２０がエネルギーを放出する位置を三次元に検出する場合には、複数のシンチレータ３１は三次元にアレイ化される。また、複数の光電変換素子３２は、三次元にアレイ化される。

シンチレータ３１は特に限定されないが、たとえばＧＡＧＧ：Ｃｅ（Ｃｅ添加Ｇｄ_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２）、ＬＹＳＯ：Ｃｅ（Ｃｅ添加（Ｌｕ_１－ｘＹ_ｘ）_２ＳｉＯ_５）、およびＧＳＯ（Ｇｄ_２ＳｉＯ_５）のうちいずれかのシンチレータ結晶である。

複数の光電変換素子３２のそれぞれは、複数のシンチレータ３１に貼り付けられている。具体的には、複数の光電変換素子３２のそれぞれが、一つのシンチレータ３１に貼り付けられていてもよいし、一つの光電変換素子３２に対して、二つ以上のシンチレータ３１が貼り付けられていてもよい。すなわち、光電変換素子３２とシンチレータ３１とは一対一で対を成していてもよいし、一つの光電変換素子３２（すなわち１ピクセルの光電変換素子３２）が、複数のシンチレータ３１（すなわち複数ピクセルのシンチレータ３１）にまたがって設けられていてもよい。各光電変換素子３２は、その光電変換素子３２と対をなすシンチレータ３１、または、その光電変換素子３２に対して設けられた二つ以上のシンチレータ３１から出力された光を受光して検出する（すなわち電気信号に変換する）ように構成されている。複数の光電変換素子３２からの信号の強度（各ピクセルの信号強度）をモニタし、重心演算などを行うことで、どのシンチレータ３１でガンマ線２０がエネルギーを放出したかを特定することができる。すなわち、検出器３０のうちどの位置でガンマ線２０がエネルギーを放出したかを特定することができる。光を検出した光電変換素子３２の位置に基づいて、エネルギーが放出された位置を座標として特定できる。

さらに、光電変換素子３２は、シンチレータ３１から出力される光の強さを検出することで、ガンマ線２０からそのシンチレータ３１へ放出されるエネルギーの大きさを検出することができる。すなわち、光電変換素子３２は、シンチレータ３１から出力される光の強さを示す電気信号を出力することができる。ガンマ線２０からシンチレータ３１へ放出されるエネルギーの大きさは、散乱体１４０における第１放出エネルギー値に対応し、吸収体１６０における第２放出エネルギー値に対応する。

具体的には、光電変換素子３２は光を検出するとパルス信号を出力する。パルス信号の振幅の大きさが検出された光の強さを示す。また、光電変換素子３２からのパルス信号の出力タイミングを特定することで、ガンマ線２０がエネルギーを放出したタイミングを特定することができる。詳しく後述するように、散乱体１４０でガンマ線２０がエネルギーを放出したタイミングと、吸収体１６０でガンマ線２０がエネルギーを放出したタイミングとの関係に基づいて、同一のガンマ線２０（光子）の、散乱と吸収とを対応付けることができる。

ただし、検出器３０における複数のシンチレータ３１および複数の光電変換素子３２の配置や関係は本例に限定されない。また、散乱体１４０および吸収体１６０の構成は本例に限定されない。たとえば散乱体１４０は、半導体等でガンマ線２０のエネルギーを電気信号に変換する検出器でもよい。吸収体１６０は、半導体等でガンマ線２０のエネルギーを電気信号に変換する検出器でもよい。また、散乱体１４０と吸収体１６０とは互いに同じ構成を有してもよいし、異なる構成を有してもよい。たとえば、散乱体１４０と吸収体１６０とが、互いに異なる素材の検出器を用いて構成されてもよい。

図４は、本実施形態に係る測定装置１０の構成を例示する図である。本実施形態に係る測定装置１０は、第１生成部１７０をさらに備える。第１生成部１７０は、ガンマ線２０の散乱位置情報、吸収位置情報、第１放出エネルギー値、および第２放出エネルギー値を用いて、そのガンマ線２０の減衰体１２０への入射方向に関する第１分布情報を生成する。散乱位置情報は、そのガンマ線２０の散乱体１４０での散乱位置を示す情報である。吸収位置情報は、そのガンマ線２０の吸収体１６０での吸収位置を示す情報である。第１放出エネルギー値は、そのガンマ線２０から散乱体１４０へ放出されるエネルギーの大きさを示す値である。第２放出エネルギー値は、そのガンマ線２０から吸収体１６０へ放出されるエネルギーの大きさを示す値である。第１生成部１７０が実行する処理については詳しく後述する。

図４の例において、測定装置１０は、第１制御部１４２および第２制御部１６２をさらに備える。第１制御部１４２は、散乱体１４０に接続されており、散乱体１４０に、ガンマ線２０からエネルギーの放出を検出させる。第１制御部１４２は例として、電源回路、電流電圧変換回路、フィルタ回路、および増幅回路等を備えうる。散乱体１４０が検出器３０で実現される場合、第１制御部１４２は、散乱体１４０における複数の光電変換素子３２から出力される電気信号を受け取る。第１制御部１４２は、散乱体１４０における、ガンマ線２０からのエネルギー放出の検出結果を示す信号を出力する。

第２制御部１６２は、吸収体１６０に接続されており、吸収体１６０に、ガンマ線２０からエネルギーの放出を検出させる。第２制御部１６２は例として、電源回路、電流電圧変換回路、フィルタ回路、および増幅回路等を備えうる。吸収体１６０が検出器３０で実現される場合、第２制御部１６２は、吸収体１６０における複数の光電変換素子３２から出力される電気信号を受け取る。第２制御部１６２は、吸収体１６０における、ガンマ線２０からのエネルギー放出の検出結果を示す信号を出力する。

第１生成部１７０のハードウエア構成について以下に説明する。第１生成部１７０は、第１生成部１７０を実現するハードウエア（例：ハードワイヤードされた電子回路など）で実現されてもよいし、ハードウエアとソフトウエアとの組み合わせ（例：電子回路とそれを制御するプログラムの組み合わせなど）で実現されてもよい。以下、測定装置１０の第１生成部１７０がハードウエアとソフトウエアとの組み合わせで実現される場合について、さらに説明する。

図５は、第１生成部１７０を実現するための計算機１０００を例示する図である。計算機１０００は任意の計算機である。たとえば計算機１０００は、SoC（System On Chip）、Personal Computer（PC）、サーバマシン、タブレット端末、またはスマートフォンなどである。計算機１０００は、第１生成部１７０を実現するために設計された専用の計算機であってもよいし、汎用の計算機であってもよい。また、第１生成部１７０は、一つの計算機１０００で実現されても良いし、複数の計算機１０００の組み合わせにより実現されても良い。

計算機１０００は、バス１０２０、プロセッサ１０４０、メモリ１０６０、ストレージデバイス１０８０、入出力インタフェース１１００、およびネットワークインタフェース１１２０を有する。バス１０２０は、プロセッサ１０４０、メモリ１０６０、ストレージデバイス１０８０、入出力インタフェース１１００、およびネットワークインタフェース１１２０が、相互にデータを送受信するためのデータ伝送路である。ただし、プロセッサ１０４０などを互いに接続する方法は、バス接続に限定されない。プロセッサ１０４０は、CPU（Central Processing Unit）、GPU（Graphics Processing Unit）、または FPGA（Field-Programmable Gate Array）などの種々のプロセッサである。メモリ１０６０は、RAM（Random Access Memory）などを用いて実現される主記憶装置である。ストレージデバイス１０８０は、ハードディスク、SSD（Solid State Drive）、メモリカード、または ROM（Read Only Memory）などを用いて実現される補助記憶装置である。

入出力インタフェース１１００は、計算機１０００と入出力デバイスとを接続するためのインタフェースである。たとえば入出力インタフェース１１００には、キーボードなどの入力装置や、ディスプレイなどの出力装置が接続される。入出力インタフェース１１００が入力装置や出力装置に接続する方法は、無線接続であってもよいし、有線接続であってもよい。

ネットワークインタフェース１１２０は、計算機１０００をネットワークに接続するためのインタフェースである。この通信網は、たとえば LAN（Local Area Network）や WAN（Wide Area Network）である。ネットワークインタフェース１１２０がネットワークに接続する方法は、無線接続であってもよいし、有線接続であってもよい。

計算機１０００は、入出力インタフェース１１００またはネットワークインタフェース１１２０を介して、第１制御部１４２および第２制御部１６２と接続されている。

ストレージデバイス１０８０は、第１生成部１７０を実現するプログラムモジュールを記憶している。プロセッサ１０４０は、このプログラムモジュールをメモリ１０６０に読み出して実行することで、そのプログラムモジュールに対応する機能を実現する。

第１生成部１７０は、測定装置１０をコンプトンカメラとして機能させる。第１生成部１７０によって行われるイメージング処理の原理を以下に説明する。

図６は、減衰体１２０、散乱体１４０、および吸収体１６０と、それらに入射するガンマ線２０の経路との関係を例示する図である。この図では、一光子のガンマ線２０による現象を示している。減衰体１２０に対し、散乱体１４０側とは反対側から入射したガンマ線２０は、減衰体１２０を通過し、散乱体１４０内の点Ｐ_１で散乱される。点Ｐ_１の位置は、上述した散乱位置に相当する。散乱によってガンマ線２０の進行方向は変わる。そして、散乱されたガンマ線２０は、散乱体１４０から出て吸収体１６０内の点Ｐ_２に至り、点Ｐ_２で吸収される。点Ｐ_２の位置は、上述した吸収位置に相当する。図６におけるｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸は、点Ｐ_１を原点とし、互いに直交する三軸である。ｘｙ平面は散乱体１４０の主面（入射面１４０ａ）に平行である。減衰体１２０、散乱体１４０および吸収体１６０はｚ方向に並んで配置されている。また、点Ｐ_２から点Ｐ_１に向かう方向を（θ，φ）で示し、コンプトン散乱の散乱角をαで示している。

散乱体１４０で生じるのはガンマ線２０のコンプトン散乱である。点Ｐ_１および点Ｐ_２の位置が特定された場合、ガンマ線２０はコンプトンコーン４２のいずれかの母線を到来経路として点Ｐ_１に至ったということが特定される。そして、対象平面４０内におけるガンマ線２０が通過した位置の候補（「候補位置」と呼ぶ。）は、コンプトンコーン４２の円錐面と対象平面４０との交点として求められる。図６に示す楕円４４のように、対象平面４０内において複数の候補位置の集合は真円または楕円を描く。

一方、対象平面４０内における複数の候補位置のうち、どの候補位置を実際にガンマ線２０が通過したかは特定できない。これに対して本実施形態に係る第１生成部１７０は、複数の候補位置のそれぞれに対して、ガンマ線２０が通過した可能性の高さに基づく重み付けを行う。

図７は、点Ｐ_１と、楕円４４との位置関係を例示する図である。楕円４４は、上述した通り、複数の候補位置の集合である。点Ｐ_Ｃは複数の候補位置のうちの一つである。図７において、楕円４４および点Ｐ_Ｃはｘｙ平面に投影されている。図８は、点Ｐ_１と点Ｐ_Ｃとの位置関係を例示する図である。図８は、点Ｐ_１が散乱体１４０の最上面内に位置するとみなした場合の例を示している。

ガンマ線２０は、点Ｐ_Ｃから点Ｐ_１に至るまでの間に減衰体１２０を通過する。ここで、上述した通り、減衰体１２０は、入射するガンマ線２０を、入射角度に応じた確率で透過させる。詳しくは、上述した通り、減衰体１２０の入射面１２０ａに対するガンマ線２０の入射角度が大きいほど、ガンマ線２０が減衰部１２２を通過する通過長さＬが長く、ガンマ線２０が減衰体１２０を通過する確率は低くなる。すなわち、点Ｐ_Ｃから点Ｐ_１に至るまでの間に減衰部１２２内を通過すべき長さＬが長いほど、ガンマ線２０は点Ｐ_１に至ることが難しくなる。言い換えると、ガンマ線２０が点Ｐ_Ｃから点Ｐ_１に至るまでの間に減衰部１２２内を通過すべき長さＬが長いほど、その点Ｐ_Ｃを実際にガンマ線２０が通過した可能性が低い。したがって、第１生成部１７０は、通過長さＬを用いて、複数の候補位置のそれぞれに対して、ガンマ線２０が通過した可能性の高さに基づく重み付けを行うことができる。通過長さＬはたとえば、点Ｐ_Ｃと点Ｐ_１とを結ぶ直線のうち減衰部１２２に重なる部分の長さであると言える。

通過長さＬは、点Ｐ_１と点Ｐ_Ｃとの位置関係を用いて導出されうる。また、通過長さＬは、減衰部１２２のｚ方向の厚さＴ_１を用いて導出されうる。図７および図８の例において具体的に、点Ｐ_１を原点とした点Ｐ_Ｃの（ｘ，ｙ）座標が（ｘ_Ｃ，ｙ_Ｃ）であるとき、点Ｐ_Ｃのｘｙ平面への投影点と点Ｐ_１との距離ｄは、ｄ＝√（ｘ_Ｃ ^２＋ｙ_Ｃ ^２）で導出される。そして、通過長さＬはＬ＝√（ｄ^２＋Ｔ_１ ^２）で導出される。

なお、図８は、減衰体１２０の入射面１２０ａを対象平面４０とする例を示しているが、対象平面４０はこの例に限定されない。対象平面４０は、散乱体１４０より外側の任意の面であり得る。「散乱体１４０より外側」とは、散乱体１４０を基準として、減衰体１２０が位置する側を意味する。

コンプトンコーン４２の一つの母線がガンマ線２０の一つの候補経路であるため、コンプトンコーン４２の同一母線上において同一の重みを用いることができる。したがって、減衰体１２０の入射面１２０ａを対象平面４０としない場合にも、第１生成部１７０は各候補位置に対応するガンマ線２０経路の、減衰体１２０の入射面１２０ａにおける入射位置を特定した上で、同様に重みを算出してもよい。

また、上述した通り、図８では、点Ｐ_１が散乱体１４０の最上面内に位置するとみなした場合の例を示しているが、処理の例は本例に限定されない。たとえば、点Ｐ_１が散乱体１４０の厚さ方向の中心面内に位置するとみなしてもよい。その場合、上述した通過長さＬの導出において、Ｔ_１の代わりに（Ｔ_１＋Ｔ_２／２）を用いればよい。ここで、Ｔ_２は、散乱体１４０のｚ方向の厚さである。その他、点Ｐ_１が散乱体１４０の最下面内に位置するとみなしてもよい。その場合、上述した通過長さＬの導出において、Ｔ_１の代わりに（Ｔ_１＋Ｔ_２）を用いればよい。散乱体１４０において点Ｐ_１の三次元座標が特定可能である場合には、その三次元座標を用いて、通過長さＬを導出すればよい。

図９は、第１生成部１７０が行う処理の流れを例示するフローチャートである。第１生成部１７０は、対象平面４０内でガンマ線２０が通過した可能性がある候補位置の分布を特定する（Ｓ１０）。Ｓ１０において、第１生成部１７０は、そのガンマ線２０の、散乱位置情報、吸収位置情報、第１放出エネルギー値、および第２放出エネルギー値を用いて候補位置の分布を特定することができる。また、第１生成部１７０は、通過長さＬを複数の候補位置のそれぞれについて導出する（Ｓ２０）。Ｓ２０において第１生成部１７０は、分布に含まれる複数の候補位置のそれぞれと、そのガンマ線２０の散乱体１４０での散乱位置との関係に基づいて、通過長さＬを導出することができる。さらに第１生成部１７０は、そのガンマ線２０が複数の候補位置のそれぞれを通過した可能性の高さを示す重みｗを、通過長さＬを用いて導出する（Ｓ３０）。そして、第１生成部１７０は複数の候補位置と、複数の候補位置のそれぞれに対する重みｗを用いて、第１分布情報を生成する（Ｓ４０）。

以下に詳しく説明する通り、第１生成部１７０は、測定装置１０をコンプトンカメラとして動作させる。そこで、第１生成部１７０は、ガンマ線２０が減衰部１２２を通過したと仮定される通過長さＬを用いて、第１分布情報を生成する。具体的には、候補位置の分布のみならず、各候補位置の重みを示す第１分布情報を生成する。そうすることで、コンプトンカメラとしての測定精度が向上する。

本実施形態に係る測定方法および第１生成部１７０が行う処理について、以下に詳しく説明する。第１生成部１７０は、たとえば２００キロ電子ボルト（２００ｋｅＶ）以上１０メガ電子ボルト（１０ＭｅＶ）以下のエネルギーを有するガンマ線２０（「高エネルギー帯のガンマ線２０」と呼ぶ。）の検出結果に基づいて、第１分布情報を生成できる。言い換えると、第１生成部１７０は高エネルギー帯のガンマ線２０の減衰体１２０への入射方向に関する第１分布情報を生成することができる。このようなエネルギー帯のガンマ線は、パラレルコリメータを透過するため、単一光子断層撮影（Single Photon Emission Computed Tomography：ＳＰＥＣＴ）装置では測定が難しい。したがって、本実施形態に係る測定装置１０の使用が有益である。

測定に先立ち、減衰体１２０、散乱体１４０、および吸収体１６０は、測定対象領域の方に減衰体１２０が向くように配置される。すなわち、測定対象領域と散乱体１４０との間に減衰体１２０が位置することとなる。たとえば、ガンマ線源が位置すると推定されるような領域を測定対象領域とする。測定装置１０が核医学検査に用いられる場合には、測定対象領域は被験者の体の少なくとも一部である。

また、測定装置１０のユーザは、第１生成部１７０に対して対象平面４０を特定するための操作を行う。測定装置１０のユーザは、第１生成部１７０に対して、対象平面４０を特定するための情報を入力してもよい。なお、対象平面４０を特定するための操作は、測定後に事後的に行われてもよい。その場合、たとえば第１生成部１７０は仮に、減衰体１２０の入射面１２０ａを対象平面４０とみなして後述する処理を行ってもよい。その後、第１生成部１７０は、任意の対象平面４０に対する出力データを生成可能である。ユーザは、たとえば計算機１０００に接続されたキーボードやマウス等の入力装置を用いて、測定装置１０に対する操作を行える。以下において同様である。

測定中、測定対象領域から減衰体１２０へ複数のガンマ線２０が入射する。減衰体１２０を通過したガンマ線２０が散乱体１４０で散乱される。また、散乱体１４０から出射されたガンマ線２０が、吸収体１６０で吸収される。なお、減衰体１２０に入射したガンマ線２０の全てが減衰体１２０を通過するとは限らない。一部のガンマ線２０は、減衰体１２０の内部で消失しうる。

散乱体１４０では、ガンマ線２０から散乱体１４０へのエネルギーの放出が検出される。第１生成部１７０は、散乱体１４０に接続された第１制御部１４２から、エネルギー放出の検出結果を示す信号を取得する。第１生成部１７０は、この信号を処理することで、各ガンマ線２０について、散乱位置、第１放出エネルギー値、およびガンマ線２０から散乱体１４０へのエネルギーの放出タイミングを特定する。第１生成部１７０は、散乱位置情報として、散乱位置の座標を特定する。

たとえば上述したように散乱体１４０が検出器３０である場合、第１生成部１７０は、第１制御部１４２から出力される信号におけるパルスを検出する。光電変換素子３２ごとの位置情報（座標）は予め参照情報において定められており、第１生成部１７０は、パルスの出力源である光電変換素子３２を特定し、参照情報において、その光電変換素子３２に対応する位置情報を、散乱位置情報とする。また、第１生成部１７０は、検出したパルスの振幅の大きさに基づいて、第１放出エネルギー値を特定する。そして、第１生成部１７０は、検出したパルスのタイミングに基づいて、エネルギーの放出タイミングを特定する。

吸収体１６０では、ガンマ線２０から吸収体１６０へのエネルギーの放出が検出される。第１生成部１７０は、吸収体１６０に接続された第２制御部１６２から、エネルギー放出の検出結果を示す信号を取得する。第１生成部１７０は、この信号を処理することで、各ガンマ線２０について、吸収位置、第２放出エネルギー値、およびガンマ線２０から吸収体１６０へのエネルギーの放出タイミングを特定する。第１生成部１７０は、吸収位置情報として、吸収位置の座標を特定する。

たとえば上述したように吸収体１６０が検出器３０である場合、第１生成部１７０は、第２制御部１６２から出力される信号におけるパルスを検出する。光電変換素子３２ごとの位置情報（座標）は予め参照情報において定められており、第１生成部１７０は、パルスの出力源である光電変換素子３２を特定し、参照情報において、その光電変換素子３２に対応する位置情報を、吸収位置情報とする。また、第１生成部１７０は、検出したパルスの振幅の大きさに基づいて、第２放出エネルギー値を特定する。そして、第１生成部１７０は、検出したパルスのタイミングに基づいて、エネルギーの放出タイミングを特定する。

なお、第１生成部１７０が散乱位置情報、吸収位置情報、第１放出エネルギー値、第２放出エネルギー値、散乱体１４０におけるエネルギーの放出タイミング、および吸収体１６０におけるエネルギーの放出タイミングを特定する代わりに、他の装置において、これらの情報の少なくとも一部が生成（特定）されてもよい。そして、第１生成部１７０は、他の装置で生成された情報を取得してもよい。

次いで、第１生成部１７０は、散乱体１４０におけるエネルギーの放出タイミングと吸収体１６０におけるエネルギーの放出タイミングとに基づいて、散乱位置情報、吸収位置情報、第１放出エネルギー値、および第２放出エネルギー値を互いに対応付ける。具体的には第１生成部１７０は、散乱体１４０におけるエネルギー放出のタイミングと吸収体１６０におけるエネルギー放出のタイミングとの差が、所定値Δｔ以下である場合、それらのエネルギー放出は、同一のガンマ線２０によるものであるとみなす。すなわち、第１生成部１７０は、それらのエネルギー放出を検出して得られた散乱位置情報、吸収位置情報、第１放出エネルギー値、および第２放出エネルギー値を互いに対応付ける。ここで、所定値Δｔはたとえば１マイクロ秒（１μｓ）以下である。

第１生成部１７０は次いで、互いに対応付けられた散乱位置情報、吸収位置情報、第１放出エネルギー値、および第２放出エネルギー値を用いて、以下のように候補位置の分布を特定する（Ｓ１０）。

第１生成部１７０は、散乱位置情報および吸収位置情報を用いてコンプトンコーン４２の軸の単位ベクトル（θ，φ）を導出する。単位ベクトル（θ，φ）は、吸収位置から散乱位置へ向かう方向の単位ベクトル（極座標）として得られる。

また第１生成部１７０は、以下の式（１）を用いてｃｏｓαの値を算出する。ｍ_ｅｃ^２は電子の静止エネルギーであり、Ｅ_１は第１放出エネルギー値であり、Ｅ_２は第２放出エネルギー値である。αはコンプトン散乱の散乱角である。

ここで、散乱位置（点Ｐ_１）を頂点とする円錐面（コンプトンコーン）の方程式は以下の式（２）で表される。点Ｐは円錐面上の点である。ｖベクトルは円錐の軸の単位ベクトルである。

また、単位ベクトル（θ，φ）を直交座標に変換すると以下の式（３）が成り立つ。

点Ｐ_１を原点とし、対象平面４０のｚ座標をｚ_ｔとした以下の式（４）を、式（３）とともに式（２）に代入すると、以下の式（５）が得られる。

第１生成部１７０は、式（５）の左辺と右辺の差が所定の閾値よりも小さい点（ｘ，ｙ，ｚ_ｔ）を、円錐と対象平面４０の交差する曲線上にある点、すなわち候補位置として特定する。このような候補位置は複数特定される。

以上のようにして、第１生成部１７０は、複数の候補位置の位置を特定できる。すなわち、第１生成部１７０は、候補位置の分布を特定することができる。

次いで、第１生成部１７０は、複数の候補位置のそれぞれに対して上述した通過長さＬを導出する（Ｓ２０）。第１生成部１７０は、散乱位置情報（点Ｐ_１）と、候補位置（点Ｐ_Ｃ）の座標と、減衰体１２０において減衰部１２２が占める領域を示す情報とを少なくとも用いて幾何的に通過長さＬを導出できる。減衰体１２０において減衰部１２２が占める領域を示す情報は、たとえば、減衰部１２２の厚さＴ_１である。第１生成部１７０はさらに、散乱体１４０の厚さＴ_２を用いて通過長さＬを導出してもよい。導出方法の一例は図７および図８を参照して上述した通りである。

そして第１生成部１７０は、複数の候補位置のそれぞれに対して、導出した通過長さＬを用い、重みｗを導出する（Ｓ３０）。ガンマ線２０が通過厚さＬを通過する可能性の高さは、線減弱係数μを用いてｅ^－μＬで表される。第１生成部１７０はたとえばｅ^－μＬを重みｗとする。第１生成部１７０はｅ^－μＬにさらに何らかの係数等を乗じた値を重みｗとしてもよい。ｅは自然数である。μは減衰部１２２を構成する物質と、ガンマ線２０のエネルギーに依存する係数である。第１生成部１７０は、重みｗの算出のために、予め定められたμの値を用いることができる。

他の例として、散乱位置と候補位置との位置関係と、重みｗとの関係を示す重み参照情報（たとえばテーブル）が予め準備されていてもよい。その場合、第１生成部１７０は、Ｓ１０で複数の候補位置を特定した後、通過長さＬを導出する代わりに、散乱位置情報と、候補位置の座標と、重み参照情報とを用いて重みｗを特定してもよい。

第１生成部１７０は、複数の候補位置のそれぞれに対して、算出した重みｗを対応付けた情報を、第１分布情報として生成する（Ｓ４０）。第１分布情報はたとえば、複数の位置座標（すなわち複数の候補位置の位置座標）のそれぞれに重みｗが対応付けられた情報である。

第１生成部１７０はさらに、減衰体１２０を透過する複数のガンマ線２０のそれぞれについて第１分布情報を生成してもよい。そして、生成した複数の第１分布情報を累積させることで、累積分布情報を生成してもよい。この場合、対象平面４０内の座標ごとに重みｗが足し合わされる。情報を累積するガンマ線２０の数は特に限定されないが、たとえば１０００以上である。

第１生成部１７０は、第１分布情報または累積分布情報の少なくとも一方を出力データとして出力できる。第１生成部１７０は、出力データをテーブル等の形態で出力してもよいし、画像として出力してもよい。画像では、重みｗまたは重みｗの累積値に応じた色や輝度で、分布が示されてもよい。また、第１生成部１７０は、出力データを、測定対象領域を撮影した画像と重ね合わせて出力してもよい。第１生成部１７０は、出力データを、第１生成部１７０を実現する計算機１０００に接続されたディスプレイに表示させてもよいし、第１生成部１７０を実現する計算機１０００のストレージデバイス１０８０または測定装置１０の外部の記憶装置に保持させるよう出力してもよい。

図１０は、第１生成部１７０が生成する第１分布情報を示す画像を例示する図である。複数の候補位置の集合である楕円が表示されており、各候補位置について、重みｗの大きさ、すなわち、尤もらしさが色で示されている。こうすることで、複数の候補位置に対し、重みｗの大きさ、すなわち、尤もらしさが識別可能である。

図１１は、参考例に係る累積分布情報のイメージを例示する図である。図１２は、本実施形態に係る累積分布情報のイメージを例示する図である。図１１の参考例は、候補位置に対する重み付けがされない場合の例を示しており、各ガンマ線２０に対する複数の候補位置（すなわち楕円）のすべてが一様に示されている。この場合、多くのガンマ線２０について情報を蓄積しなければ、ガンマ線源が実際にどこに位置するのか（図１１中星印で示している。）を把握することができない。一方、本実施形態に係る累積分布情報は、可能性の高さに基づく重み付けがされているため、より少ない数のガンマ線２０の情報からでも、尤もらしいガンマ線源の位置（図１２中星印で示している。）を把握できる。

次に、本実施形態の作用および効果について説明する。本実施形態によれば、入射するガンマ線２０を、入射角度に応じた確率で透過させる減衰体１２０を用いることにより、候補位置について重み付けが可能となり、ガンマ線がどの方向から到来したかを簡便な構成で高精度に検出できる。

（第２の実施形態）
図１３は、第２の実施形態に係る減衰体１２０を例示する斜視図である。本実施形態に係る測定装置１０および測定方法は、以下に説明する点を除いて第１の実施形態に係る測定装置１０および測定方法とそれぞれ同じである。

本実施形態に係る減衰体１２０は、パラレルコリメータである。図１３の例において、減衰体１２０は、減衰部１２２の壁を複数有する。減衰部１２２の壁の厚さは、例えば０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下である。減衰体１２０では、減衰部１２２の壁が格子状に設けられている。言い換えると、減衰体１２０では、減衰部１２２が、たとえば複数の四角形を描くように設けられている。これらの四角形の内側は空間であってよい。減衰体１２０には複数の貫通孔が設けられていると言える。貫通孔の形状（すなわち貫通孔の軸に垂直な断面の形状）は特に限定されず、たとえば三角形、四角形、六角形等の多角形であってもよいし、円形であってもよいし、楕円形であってもよい。

後述する低エネルギー帯のガンマ線２０については、減衰部１２２に入射せず、貫通孔を通過したガンマ線２０のみが減衰体１２０を通過する。一方、減衰部１２２に入射したガンマ線２０は、減衰部１２２で吸収され、減衰体１２０を透過しない。したがって、貫通孔を通過できる位置および角度で減衰体１２０へ入射した減衰体１２０のみが散乱体１４０に至る。一方、上述した高エネルギー帯のガンマ線２０については、第１の実施形態で説明したのと同様、減衰体１２０は入射角度に応じた確率でガンマ線２０透過させる。

本実施形態に係る減衰体１２０において、互いに対向する減衰部１２２の壁の間の距離は、たとえば０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である。本実施形態に係る減衰体１２０の、入射面１２０ａに垂直な方向の厚さはたとえば３ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。なお、減衰体１２０における減衰部１２２の壁と、検出器３０におけるシンチレータ３１や光電変換素子３２との位置関係は特に限定されない。

本実施形態によれば、減衰体１２０がパラレルコリメータであることにより、測定装置１０を、ＳＰＥＣＴ装置としても機能させることができる。

図１４は、本実施形態に係る測定装置１０の機能構成を例示する図である。本実施形態に係る測定装置１０は、第２生成部１８０をさらに備える。第２生成部１８０は、散乱体１４０で吸収されたガンマ線２０の、散乱体１４０での吸収位置情報を用いて、そのガンマ線２０がどこから到来したかに関する到来情報を生成する。第２生成部１８０は、測定装置１０を、ＳＰＥＣＴ装置として機能させる。

第２生成部１８０を実現する計算機のハードウエア構成は、第１生成部１７０と同様に、たとえば図５によって表される。ただし、第２生成部１８０を実現する計算機１０００のストレージデバイス１０８０には、第２生成部１８０の機能を実現するプログラムモジュールが記憶されている。なお、第２生成部１８０を実現するための計算機１０００は、第１生成部１７０を実現するための計算機１０００を兼ねていてもよいし、別に設けられてもよい。

第２生成部１８０は、たとえば２０キロ電子ボルト（２０ｋｅＶ）以上２００キロ電子ボルト（２００ｋｅＶ）以下のエネルギーを有するガンマ線２０（「低エネルギー帯のガンマ線２０」と呼ぶ）の検出結果に基づいて、到来情報を生成できる。言い換えると、第２生成部１８０は低エネルギー帯のガンマ線２０がどこから到来したかに関する到来情報を生成することができる。すなわち、到来情報は、第１分布情報よりも低エネルギーのガンマ線２０に関する情報であると言える。

本実施形態では減衰体１２０がパラレルコリメータであるため、減衰体１２０に対して斜めに入射する上記のような低エネルギー帯のガンマ線２０を遮蔽することができる。したがって、減衰体１２０の入射面１２０ａに対し、およそ、その法線方向から入射したガンマ線２０のみが減衰体１２０を通過し、散乱体１４０に入射する。そして、散乱体１４０に入射したガンマ線２０が散乱体１４０で吸収される。すなわち、散乱体１４０は吸収体としても機能しうる。散乱体１４０に入射したガンマ線２０は散乱体１４０を通過せず、すなわち散乱体１４０から出射されない。

測定装置１０をＳＰＥＣＴ装置として機能させる場合の測定の流れを以下に詳しく説明する。測定に先立ち、減衰体１２０、散乱体１４０、および吸収体１６０は、測定対象領域の方に減衰体１２０が向くように配置される。すなわち、測定対象領域と散乱体１４０との間に減衰体１２０が位置することとなる。たとえば、ガンマ線源が位置すると推定されるような領域を測定対象領域とする。測定装置１０が核医学検査に用いられる場合には、測定対象領域は被験者の体の少なくとも一部である。

測定中、測定対象領域から減衰体１２０へ複数のガンマ線２０が入射する。減衰体１２０を通過したガンマ線２０が散乱体１４０で吸収される。なお、上述した通り、減衰体１２０に入射したガンマ線２０の全てが減衰体１２０を通過するとは限らない。減衰体１２０に対して斜めに入射したガンマ線２０は、減衰体１２０の内部で消失する。

散乱体１４０では、ガンマ線２０が散乱体１４０に吸収される際、ガンマ線２０から散乱体１４０へのエネルギーの放出が検出される。第２生成部１８０は、散乱体１４０に接続された第１制御部１４２から、エネルギー放出の検出結果を示す信号を取得する。第２生成部１８０は、この信号を処理することで、各ガンマ線２０について、散乱体減衰体１２０での吸収位置情報を特定する。具体的には第２生成部１８０は、第１生成部１７０が散乱位置情報を特定するのと同様にして、散乱体１４０での吸収位置情報として、散乱体１４０における吸収位置の座標を特定することができる。

第２生成部１８０はさらに、第１生成部１７０が第１エネルギー値を特定するのと同様にして、ガンマ線２０が散乱体１４０に吸収される際、ガンマ線２０から散乱体１４０へ放出されるエネルギー（すなわち、吸収されるエネルギー）の大きさを特定する。第２生成部１８０は、このエネルギー値と、吸収位置情報とを互いに関連付ける。

なお、ガンマ線２０が散乱体１４０に吸収される際の、吸収位置情報、および吸収されるエネルギーの大きさを第２生成部１８０が特定する代わりに、他の装置において、これらの情報の少なくとも一方が生成（特定）されてもよい。そして、第２生成部１８０は、他の装置で生成された情報を取得してもよい。

図１５は、第２生成部１８０が行う処理の流れを例示するフローチャートである。

第２生成部１８０は、ガンマ線２０が散乱体１４０に吸収される際の吸収位置情報を含む到来情報を生成する（Ｓ６０）。第２生成部１８０は、この吸収位置情報そのものを到来情報とすることができる。

または、第２生成部１８０は、散乱体１４０に吸収されたエネルギーが、予め定められた対象エネルギー帯域内であるか否かを判定してもよい。ここで対象エネルギー帯域は、どこから到来したかに関する情報を得たいガンマ線２０のエネルギー帯域に応じて定めることができる。散乱体１４０に吸収されたエネルギーが、対象エネルギー帯域内である場合、第２生成部１８０は、そのエネルギーに対応付けられた吸収位置情報を到来情報とする。一方、散乱体１４０に吸収されたエネルギーが、対象エネルギー帯域内でない場合、第２生成部１８０は、そのエネルギーに関連付けられた吸収位置情報を到来情報とはしない。そうすることで、所望のエネルギー帯のガンマ線２０について情報を得ることができる。

第２生成部１８０はさらに、減衰体１２０を透過する複数のガンマ線２０のそれぞれについて到来情報を生成してもよい。そして、生成した複数の到来情報を累積させることで、累積到来情報を生成してもよい。具体的には第２生成部１８０は、座標ごとに、検出されたガンマ線２０の数（到来情報の数）を足し合わせる。累積到来情報としては、ガンマ線がどこから到来したかに関する分布が得られる。情報を累積するガンマ線２０の数は特に限定されないが、たとえば１０００以上である。

第２生成部１８０は、到来情報または累積到来情報の少なくとも一方を出力データとして出力できる。第２生成部１８０は、出力データをテーブル等の形態で出力してもよいし、画像として出力してもよい。画像では、ガンマ線２０の累積数に応じた色や輝度で、分布が示されてもよい。また、第２生成部１８０は、出力データを、測定対象領域を撮影した画像と重ね合わせて出力してもよい。第２生成部１８０は、出力データを、第２生成部１８０を実現する計算機１０００に接続されたディスプレイに表示させてもよいし、第２生成部１８０を実現する計算機１０００のストレージデバイス１０８０または測定装置１０の外部の記憶装置に保持させるよう出力してもよい。

本実施形態に係る測定装置１０では、測定装置１０をコンプトンカメラとして機能させるか、ＳＰＥＣＴ装置として機能させるかが、切り替え可能である。すなわち、本実施形態に係る測定装置１０では、第１生成部１７０が処理を行って、第１分布情報を生成するか、第２生成部１８０が処理を行って、到来情報を生成するかが切り替え可能である。たとえば、ユーザが測定装置１０に対して所定の操作を行うことで、第１分布情報を生成するか、到来情報を生成するかを切り替えることができる。

本実施形態に係る第１生成部１７０が行う処理について以下に説明する。本実施形態に係る第１生成部１７０が行う処理は、通過長さＬを導出する方法を除いて第１の実施形態に係る第１生成部１７０が行う処理と同じである。

図１６は、本実施形態に係る減衰部１２２と、散乱位置（点Ｐ_１）、および候補位置（点Ｐ_Ｃ）の関係を示す図である。図１６において、楕円４４および点Ｐ_Ｃはｘｙ平面に投影されている。図１６において、減衰部１２２の壁を縦横の直線で示している。また、複数の候補位置の集合を楕円で示しており、点Ｐ_Ｃは一つの候補位置である。

本実施形態に係る第１生成部１７０は、散乱位置と、候補位置と、減衰部１２２の構造とに基づいて、ガンマ線２０が減衰部１２２を通過する通過長さＬを導出する。減衰部１２２の構造を示す情報は、予め定められている。減衰部１２２の構造を示す情報には、減衰部１２２の複数の壁の位置（たとえば間隔）および壁の厚さを示す情報が含まれる。本実施形態において、第１生成部１７０は、ガンマ線２０が通過する壁の数を、散乱位置と、候補位置と、減衰部１２２の複数の壁の位置に基づいて導出する。そして第１生成部１７０は、減衰部１２２の壁の厚さに、ガンマ線２０が通過する壁の数を乗ずることにより、通過長さＬを導出できる。図１６の例では、ガンマ線２０が点Ｐ_Ｃから点Ｐ_１に至るまでの間に、縦方向に１つ、横方向に２つの壁を通過する。したがって、ガンマ線２０が通過する壁の数は３つである。第１生成部１７０は、減衰部１２２の壁の厚さに３を乗じて得られる値を、その候補位置の通過長さＬとする。第１生成部１７０は、第１の実施形態と同様に通過長さＬを用いて重みｗを導出する。

本実施形態においても、他の例として、散乱位置と候補位置との位置関係と、重みｗとの関係を示す重み参照情報（たとえばテーブル）が予め準備されていてもよい。その場合、第１生成部１７０は、Ｓ１０で複数の候補位置を特定した後、通過長さＬを導出する代わりに、散乱位置情報と、候補位置の座標と、重み参照情報とを用いて重みｗを特定してもよい。

次に、本実施形態の作用および効果について説明する。本実施形態においては第１の実施形態と同様の作用および効果が得られる。加えて、本実施形態によれば、減衰体１２０がパラレルコリメータであることにより、測定装置１０を、低エネルギー帯のガンマ線２０を測定可能なＳＰＥＣＴ装置としても機能させることができる。

以下、本実施形態を、実施例を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態は、これらの実施例の記載に何ら限定されるものではない。

（実施例１）
実施例１では、第２の実施形態に係る測定方法で測定を行った。

図１７は、実施例１に係る測定構成を示す図である。筐体９１の内部に散乱体１４０および吸収体１６０を配置し、筐体９１の上に減衰体１２０を配置した。すなわち、減衰体１２０と散乱体１４０との間には、筐体９１の上面を構成する板（樹脂製）が介在していた。減衰体１２０と散乱体１４０との間隔は４ｍｍ程度であった。減衰体１２０としては、図１３に示したようなパラレルコリメータ（タングステン製、Ｚ方向における厚み５ｍｍ、格子状に設けられた壁の厚さ１．５ｍｍ、格子状に設けられた壁の間隔０．５ｍｍ）を用いた。散乱体１４０および吸収体１６０としてはそれぞれ第１の実施形態で説明したような検出器３０を用いた。シンチレータ３１としてはＧＡＧＧ：Ｃｅシンチレータ結晶を用いた。

また、減衰体１２０の上にガンマ線源９２を配置した。ガンマ線源９２としては^１３３Ｂａ（３５６ｋｅＶ）を用いた。減衰体１２０の中心と、ガンマ線源９２の中心との距離は２ｃｍであった。

第２の実施形態に係る第１生成部１７０が行う処理によって、図１８に示す累積分布情報を得た。図１８に示す累積分布情報が得られたときの撮影時間は１０分間であり、検出したイベント数（ガンマ線の数）は１２０００であった。この図に示すように、測定装置１０によりガンマ線源９２の位置が検出された。なお、図１８においては、ガンマ線源９２の下面を含む平面を対象平面とし、減衰体１２０の中心を原点としたＸＹ平面を示している。後の図１９、図２０、図２２、図２３、および図２４においても同様である。

（比較例１）
減衰体１２０を用いず、複数の候補位置のそれぞれに対する重みづけを行わなかった点を除き、実施例１と同様にして測定を行った。すなわち、筐体９１の上にガンマ線源９２を直接配置し、得られた複数の位置候補を一様に扱った。そうして得られた、複数のガンマ線の候補位置の分布データを累積させて図１９を得た。図１９に示す累積分布情報が得られたときの撮影時間は１０分間であり、検出したイベント数（ガンマ線の数）は２４０００であった。

図２０は、図１８および図１９のそれぞれに示した累積分布情報の、プロファイルである。図１８および図１９のそれぞれに示すイメージの、Ｙ＝－１．５ｍｍからＹ＝６ｍｍまでの範囲内における画素値を、Ｘ座標ごとに積算して得られた値を、図２０にプロットした。図２０から、実施例１において、比較例１よりも鋭いピークが得られ、高いＳ／Ｎ比で測定できたことが確認された。

（実施例２）
ガンマ線源９２を二つ減衰体１２０上に配置した点を除き、実施例１と同様にして測定を行った。

図２１は、実施例２に係る測定構成を示す図である。二つのガンマ線源９２の中心間距離は５ｃｍであった。また、二つのガンマ線源９２間の中心と減衰体１２０の中心とを一致させた。図２１における右のガンマ線源９２は、左のガンマ線源９２の２倍程度のガンマ線強度を有していた。

第２の実施形態に係る第１生成部１７０が行う処理によって、図２２に示す累積分布情報を得た。図２２に示す累積分布情報が得られたときの撮影時間は１０分間であり、検出したイベント数（ガンマ線の数）は１１０００であった。この図に示すように、測定装置１０により二つのガンマ線源９２の位置が検出された。

（比較例２）
減衰体１２０を用いず、複数の候補位置のそれぞれに対する重みづけを行わなかった点を除き、実施例２と同様にして測定を行った。用いたガンマ線源およびそれらの配置は実施例２と同じであった。

比較例１と同様に、得られた複数の位置候補を一様に扱って、図２３に示す累積分布情報を得た。図２３に示す累積分布情報が得られたときの撮影時間は１０分間であり、検出したイベント数（ガンマ線の数）は２００００であった。

図２４は、図２２および図２３のそれぞれに示した累積分布情報の、プロファイルである。図２２および図２３のそれぞれに示すイメージの、Ｙ＝－１．５ｍｍからＹ＝６ｍｍまでの範囲内における画素値を、Ｘ座標ごとに積算して得られた値を、図２４にプロットした。図２４から、実施例２において、比較例２よりも二つのピークが明確に分離され、高いＳ／Ｎ比で測定できたことが確認された。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。たとえば、上述の説明で用いたシーケンス図やフローチャートでは、複数の工程（処理）が順番に記載されているが、各実施形態で実行される工程の実行順序は、その記載の順番に制限されない。各実施形態では、図示される工程の順番を内容的に支障のない範囲で変更することができる。また、上述の各実施形態は、内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。

１０ 測定装置
２０ ガンマ線
３０ 検出器
３１ シンチレータ
３２ 光電変換素子
４０ 対象平面
４２ コンプトンコーン
４４ 楕円
９１ 筐体
９２ ガンマ線源
１２０ 減衰体
１２２ 減衰部
１４０ 散乱体
１４２ 第１制御部
１６０ 吸収体
１６２ 第２制御部
１７０ 第１生成部
１８０ 第２生成部
１０００ 計算機
１０２０ バス
１０４０ プロセッサ
１０６０ メモリ
１０８０ ストレージデバイス
１１００ 入出力インタフェース
１１２０ ネットワークインタフェース

Claims (6)

1. 入射するガンマ線を、入射角度に応じた確率で透過させる減衰体と、
   前記減衰体を透過したガンマ線の少なくとも一部を散乱させる散乱体と、
   前記散乱体で散乱されたガンマ線の少なくとも一部を吸収する吸収体と、
   ガンマ線の前記散乱体での散乱位置情報、そのガンマ線の前記吸収体での吸収位置情報、そのガンマ線から前記散乱体への第１放出エネルギー値、およびそのガンマ線から前記吸収体への第２放出エネルギー値を用いて、そのガンマ線の前記減衰体への入射方向に関する第１分布情報を生成する第１生成部とを備え、
   前記減衰体は、ガンマ線の数を減衰させる減衰部を有し、
   前記第１生成部は、ガンマ線が前記減衰部を通過したと仮定される通過長さをさらに用いて、前記第１分布情報を生成する
   測定装置。
2. 請求項１に記載の測定装置において、
   前記第１生成部は、
   対象平面内でガンマ線が通過した可能性がある候補位置の分布を、そのガンマ線の、前記散乱位置情報、前記吸収位置情報、前記第１放出エネルギー値、および前記第２放出エネルギー値を用いて特定し、
   前記分布に含まれる複数の候補位置のそれぞれと、そのガンマ線の前記散乱体での散乱位置との関係に基づいて、前記通過長さを前記複数の候補位置のそれぞれについて導出し、
   そのガンマ線が前記複数の候補位置のそれぞれを通過した可能性の高さを示す重みを、前記通過長さを用いて導出し、
   前記複数の候補位置と、前記複数の候補位置のそれぞれに対する前記重みを用いて、前記第１分布情報を生成する
   測定装置。
3. 請求項１または２に記載の測定装置において、
   前記減衰体は、パラレルコリメータである
   測定装置。
4. 請求項３に記載の測定装置において、
   前記散乱体で吸収されたガンマ線の、前記散乱体での吸収位置情報を用いて、そのガンマ線がどこから到来したかに関する到来情報を生成する第２生成部をさらに備える
   測定装置。
5. 請求項１または２に記載の測定装置において、
   前記減衰体と前記散乱体との間隔は５ｍｍ以下である
   測定装置。
6. 入射するガンマ線を、入射角度に応じた確率で透過させる減衰体に、ガンマ線を入射させ、
   前記減衰体を透過したガンマ線の少なくとも一部を散乱体で散乱させ、
   前記散乱体で散乱されたガンマ線の少なくとも一部を吸収体で吸収させ、
   前記減衰体は、ガンマ線の数を減衰させる減衰部を有し、
   ガンマ線の前記散乱体での散乱位置情報、そのガンマ線の前記吸収体での吸収位置情報、そのガンマ線から前記散乱体への第１放出エネルギー値、そのガンマ線から前記吸収体への第２放出エネルギー値、およびガンマ線が前記減衰部を通過したと仮定される通過長さを用いて、そのガンマ線の前記減衰体への入射方向に関する第１分布情報を生成する、
   測定方法。

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