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ガンマ線画像取得装置およびガンマ線画像取得方法 実績あり 外国出願あり

国内特許コード P200016896
整理番号 5297
掲載日 2020年5月14日
出願番号 特願2018-520899
出願日 平成29年5月29日(2017.5.29)
国際出願番号 JP2017019936
国際公開番号 WO2017209059
国際出願日 平成29年5月29日(2017.5.29)
国際公開日 平成29年12月7日(2017.12.7)
優先権データ
  • 特願2016-107780 (2016.5.30) JP
発明者
  • 谷森 達
  • 高田 淳史
  • 水本 哲矢
  • 友野 大
出願人
  • 国立大学法人京都大学
発明の名称 ガンマ線画像取得装置およびガンマ線画像取得方法 実績あり 外国出願あり
発明の概要 ガンマ線画像取得装置(1)は、入射ガンマ線のコンプトン散乱による対象散乱ガンマ線の方向とエネルギーとを取得し、反跳電子の方向とエネルギーとを取得する。これらの情報から、入射ガンマ線の入射方向およびエネルギーを取得する。ガンマ線画像取得装置(1)は、複数の入射ガンマ線の入射方向およびエネルギーに基づくイメージングスペクトロスコピーにより、入射方向に対応する各画素がエネルギー分布の情報を含む二次元画像を取得する。当該二次元画像において、面積と撮像範囲の立体角とが比例する。これにより、距離に依存することなくガンマ線強度の分布が取得され、従来よりも有用な情報を示す画像を得ることができる。
従来技術、競合技術の概要

従来より、ガンマ線の放射分布を二次元または三次元の画像として捉える技術が、宇宙線観測や医療等の分野において研究されている。数百keVないし数MeVのガンマ線を検出する一手法として、コンプトン効果によるガンマ線の散乱を利用するものがある。コンプトン散乱では、ガンマ線が物質に入射すると、物質から反跳電子が放出され、入射ガンマ線は散乱ガンマ線となる。コンプトン散乱を利用してガンマ線の検出精度を向上するために、散乱ガンマ線および反跳電子のそれぞれの方向およびエネルギーを検出して入射ガンマ線の方向を取得する技術が開発されている。このようなガンマ線画像取得装置は、電子飛跡検出型コンプトンカメラ(Electron-Tracking Compton Camera、以下、「ETCC」という。)と呼ばれる。

T. Tanimori et al.、"An Electron-Tracking Compton Telescope for a Survey of the Deep Universe by MeV gamma-rays"、Astrophysical Journal, The American Astronomical Society、2015年8月26日、第810巻、第1号、28(以下、「文献1」という。)では、ETCCによる宇宙線観測において、様々な改良を重ねてバックグラウンド放射線を効率よく取り除く技術が報告されている。また、文献1では、性能を向上したETCCにおいて、通常の光学望遠鏡と同様に点広がり関数(Point Spread Function、以下、「PSF」という。)を定義し、分解能が定量的に議論されている。

友野 大、外17名、″電子飛跡検出型コンプトンカメラを用いた環境ガンマ線イメージング(V)″、[online]、2015年9月28日、日本物理学会、[2016年4月14日検索]、インターネット〈URL:http://www-cr.scphys.kyoto-u.ac.jp/research/MeV-gamma/Presentation/2015/JPS2015A_tomono20150915v5.pdf)では、ETCCを利用して環境ガンマ線を画像化する技術が提案されている。特開2015-148448号公報、特開2015-190965号公報および特開2015-224986号公報では、ETCCにおける反跳電子の飛跡を検出する精度を向上する技術が開示されている。

一方、医療の分野では、陽電子放射断層撮影(Positron Emission Tomography、以下、「PET」という。)や単一光子放射断層撮影(Single Photon Emission Computed Tomography、以下、「SPECT」という。)において、ガンマ線を利用した病巣の画像化が行われている。

ところで、従来より、ガンマ線の分布を画像化するために、バックグラウンド放射線の除去や装置にて発生するノイズの除去に対する研究がなされてきた。そのため、得られる情報からより有用な情報を得るための画像化は検討されていない。また、PETでは、その検出原理上、ノイズの低減に限界がある。

産業上の利用分野

本発明は、ガンマ線画像を取得する技術に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
コンプトン散乱を利用するガンマ線画像取得装置であって、
チャンバと、
外部から前記チャンバ内に入射する入射ガンマ線のコンプトン散乱による対象散乱ガンマ線を検出し、前記対象散乱ガンマ線の検出位置およびエネルギーを取得する散乱ガンマ線検出部と、
前記チャンバ内における前記入射ガンマ線の散乱位置を取得する散乱位置取得部と、
前記散乱位置および前記検出位置に基づいて前記対象散乱ガンマ線の方向を取得する散乱方向取得部と、
前記散乱位置からの反跳電子の方向とエネルギーとを取得する反跳電子情報取得部と、
前記対象散乱ガンマ線の方向およびエネルギー、並びに、前記反跳電子の方向およびエネルギーから、対応する入射ガンマ線の入射方向およびエネルギーを取得する入射ガンマ線算出部と、
複数の入射ガンマ線の入射方向およびエネルギーに基づくイメージングスペクトロスコピーにより、入射ガンマ線の入射方向に対応する各画素がエネルギー分布の情報を含む二次元画像を取得する画像取得部と、
を備え、
前記二次元画像において、面積と撮像範囲の立体角とが比例し、
前記入射ガンマ線算出部にて得られる前記入射方向の精度を示す点広がり関数の半値全幅が、15度以下の見込み角に対応する。

【請求項2】
請求項1に記載のガンマ線画像取得装置であって、
前記画像取得部が、前記複数の入射ガンマ線のうち、放射線源から前記チャンバに直接的に入射する直接入射ガンマ線、および、前記直接入射ガンマ線のエネルギー範囲よりも低いエネルギー範囲の散乱入射ガンマ線のうち、少なくとも一方のガンマ線を特定し、前記少なくとも一方のガンマ線の入射方向の分布を二次元画像として取得する。

【請求項3】
コンプトン散乱を利用するガンマ線画像取得装置であって、
チャンバと、
外部から前記チャンバ内に入射する入射ガンマ線のコンプトン散乱による対象散乱ガンマ線を検出し、前記対象散乱ガンマ線の検出位置およびエネルギーを取得する散乱ガンマ線検出部と、
前記チャンバ内における前記入射ガンマ線の散乱位置を取得する散乱位置取得部と、
前記散乱位置および前記検出位置に基づいて前記対象散乱ガンマ線の方向を取得する散乱方向取得部と、
前記散乱位置からの反跳電子の方向とエネルギーとを取得する反跳電子情報取得部と、
前記対象散乱ガンマ線の方向およびエネルギー、並びに、前記反跳電子の方向およびエネルギーから、対応する入射ガンマ線の入射方向およびエネルギーを取得する入射ガンマ線算出部と、
複数の入射ガンマ線のうち、第1のエネルギー範囲の第1入射ガンマ線、および、前記第1のエネルギー範囲とは異なる第2のエネルギー範囲の第2入射ガンマ線を特定し、前記第1入射ガンマ線の情報から三次元のガンマ線場を示す第1ガンマ線画像を取得し、前記第2入射ガンマ線の情報から三次元のガンマ線場を示す第2ガンマ線画像を取得する画像取得部と、
を備え、
前記入射ガンマ線算出部にて得られる前記入射方向の精度を示す点広がり関数の半値全幅が、15度以下の見込み角に対応する。

【請求項4】
請求項3に記載のガンマ線画像取得装置であって、
前記第1入射ガンマ線が、放射線源から前記チャンバに直接的に入射する直接入射ガンマ線であり、前記第2入射ガンマ線が、前記直接入射ガンマ線のエネルギー範囲よりも低いエネルギー範囲の散乱入射ガンマ線である。

【請求項5】
請求項4に記載のガンマ線画像取得装置であって、
入射ガンマ線が、放射性物質を含む対象物から放射される。

【請求項6】
請求項5に記載のガンマ線画像取得装置であって、
前記対象物が、ポジトロンまたはガンマ線を放射する薬剤が投与された人体である。

【請求項7】
請求項4ないし6のいずれかに記載のガンマ線画像取得装置であって、
予め準備された前記対象物内の電子密度分布を記憶する記憶部と、
前記第1ガンマ線画像を、前記第2ガンマ線画像および前記電子密度分布を用いて補正する補正部と、
をさらに備える。

【請求項8】
請求項4ないし6のいずれかに記載のガンマ線画像取得装置であって、
前記第1ガンマ線画像を平滑化し、平滑化された前記第1ガンマ線画像および前記第2ガンマ線画像から前記対象物内の電子密度分布を取得する電子密度分布取得部、
をさらに備える。

【請求項9】
請求項3ないし8のいずれかに記載のガンマ線画像取得装置であって、
前記チャンバと同様のチャンバが増設される取付部、
をさらに備える。

【請求項10】
コンプトン散乱を利用するガンマ線画像取得装置であって、
ポジトロンを放射する物質を含む対象物において、ポジトロンと電子との対消滅により発生した対ガンマ線の一部が入射ガンマ線として入射するチャンバと、
前記チャンバ内における前記入射ガンマ線のコンプトン散乱による対象散乱ガンマ線を検出し、前記対象散乱ガンマ線の検出位置およびエネルギーを取得する散乱ガンマ線検出部と、
前記チャンバ内における前記入射ガンマ線の散乱位置および散乱時刻を取得する散乱情報取得部と、
前記散乱位置および前記対象散乱ガンマ線の前記検出位置に基づいて前記対象散乱ガンマ線の方向を取得する散乱方向取得部と、
前記散乱位置からの反跳電子の方向とエネルギーとを取得する反跳電子情報取得部と、
前記対象散乱ガンマ線の方向およびエネルギー、並びに、前記反跳電子の方向およびエネルギーから、対応する入射ガンマ線の入射方向およびエネルギーを取得する入射ガンマ線算出部と、
前記対象物を挟んで前記チャンバとは反対側に配置され、前記対象物から入射するガンマ線の検出位置および検出時刻を取得する対向検出部と、
前記チャンバに入射する入射ガンマ線の入射方向、エネルギー、散乱位置および散乱時刻に基づいて、前記対向検出部にて検出されたガンマ線のうち、前記入射ガンマ線と対となって発生したガンマ線の検出位置および検出時刻を有するものを特定する対ガンマ線特定部と、
前記対ガンマ線特定部にて特定された対ガンマ線の一方の前記チャンバ内における散乱位置および散乱時刻、並びに、前記対ガンマ線の他方の前記対向検出部における検出位置および検出時刻に基づいて、前記対象物内の前記対ガンマ線の発生位置を取得する対ガンマ線発生位置取得部と、
複数の対ガンマ線の発生位置を三次元画像として取得する画像取得部と、
を備え、
前記入射ガンマ線算出部にて得られる前記入射方向の精度を示す点広がり関数の半値全幅が、15度以下の見込み角に対応する。

【請求項11】
請求項10に記載のガンマ線画像取得装置であって、
前記対向検出部が、鉛を含むプラスチックシンチレータまたは鉛を含むガラスシンチレータを含む。

【請求項12】
請求項10または11に記載のガンマ線画像取得装置であって、
前記チャンバと同様の他のチャンバと、
前記チャンバの場合と同様に、前記他のチャンバに入射する入射ガンマ線の散乱に関する情報および前記対向検出部に入射するガンマ線の情報から、対ガンマ線の発生位置を取得する構成と、
をさらに備え、
前記チャンバから前記対象物に向かう方向と、前記他のチャンバから前記対象物に向かう方向とのなす角が、0度以上140度以下である。

【請求項13】
ガンマ線画像取得方法であって、
a)外部からチャンバ内に入射ガンマ線を入射させる工程と、
b)前記チャンバ内における前記入射ガンマ線のコンプトン散乱による対象散乱ガンマ線の方向とエネルギーとを取得する工程と、
c)前記対象散乱ガンマ線に対応する反跳電子の方向とエネルギーとを取得する工程と、
d)前記対象散乱ガンマ線の方向およびエネルギー、並びに、前記反跳電子の方向およびエネルギーから、前記入射ガンマ線の入射方向およびエネルギーを取得する工程と、
e)前記d)工程にて取得される複数の入射ガンマ線の入射方向およびエネルギーに基づくイメージングスペクトロスコピーにより、入射ガンマ線の入射方向に対応する各画素がエネルギー分布の情報を含む二次元画像を取得する工程と、
を備え、
前記二次元画像において、面積と撮像範囲の立体角とが比例し、
前記d)工程にて得られる前記入射方向の精度を示す点広がり関数の半値全幅が、15度以下の見込み角に対応する。

【請求項14】
ガンマ線画像取得方法であって、
a)外部からチャンバ内に入射ガンマ線を入射させる工程と、
b)前記チャンバ内における前記入射ガンマ線のコンプトン散乱による対象散乱ガンマ線の方向とエネルギーとを取得する工程と、
c)前記対象散乱ガンマ線に対応する反跳電子の方向とエネルギーとを取得する工程と、
d)前記対象散乱ガンマ線の方向およびエネルギー、並びに、前記反跳電子の方向およびエネルギーから、前記入射ガンマ線の入射方向およびエネルギーを取得する工程と、
e)前記d)工程にて取得される複数の入射ガンマ線のうち、第1のエネルギー範囲の第1入射ガンマ線、および、前記第1のエネルギー範囲とは異なる第2のエネルギー範囲の第2入射ガンマ線を特定し、前記第1入射ガンマ線の情報から三次元のガンマ線場を示す第1ガンマ線画像を取得し、前記第2入射ガンマ線の情報から三次元のガンマ線場を示す第2ガンマ線画像を取得する工程と、
を備え、
前記d)工程にて得られる前記入射方向の精度を示す点広がり関数の半値全幅が、15度以下の見込み角に対応する。

【請求項15】
ガンマ線画像取得方法であって、
a)ポジトロンを放射する物質を含む対象物において、ポジトロンと電子との対消滅により発生した対ガンマ線の一部を入射ガンマ線としてチャンバに入射させる工程と、
b)前記チャンバ内における前記入射ガンマ線のコンプトン散乱による散乱位置および散乱時刻を取得する工程と、
c)前記入射ガンマ線の前記コンプトン散乱による対象散乱ガンマ線の方向とエネルギーとを取得する工程と、
d)前記対象散乱ガンマ線に対応する反跳電子の方向とエネルギーとを取得する工程と、
e)前記対象散乱ガンマ線の方向およびエネルギー、並びに、前記反跳電子の方向およびエネルギーから、対応する入射ガンマ線の入射方向およびエネルギーを取得する工程と、
f)前記対象物を挟んで前記チャンバとは反対側に配置された対向検出部により、前記対象物から入射するガンマ線の検出位置および検出時刻を取得する工程と、
g)前記チャンバに入射する入射ガンマ線の入射方向、エネルギー、散乱位置および散乱時刻に基づいて、前記対向検出部で検出されるガンマ線のうち、前記入射ガンマ線と対となって発生したガンマ線の検出位置および検出時刻を有するものを特定する工程と、
h)前記g)工程にて特定された対ガンマ線の一方の前記チャンバ内における散乱位置および散乱時刻、並びに、前記対ガンマ線の他方の前記対向検出部における検出位置および検出時刻に基づいて、前記対象物内の前記対ガンマ線の発生位置を取得する工程と、
i)前記g)およびh)工程を繰り返すことにより、複数の対ガンマ線の発生位置を三次元画像として取得する工程と、
を備え、
前記入射ガンマ線算出部にて得られる前記入射方向の精度を示す点広がり関数の半値全幅が、15度以下の見込み角に対応する。
国際特許分類(IPC)
Fターム
  • 2G188AA01
  • 2G188AA02
  • 2G188AA25
  • 2G188BB04
  • 2G188BB07
  • 2G188BB15
  • 2G188CC03
  • 2G188CC10
  • 2G188CC23
  • 2G188DD05
  • 2G188DD06
  • 2G188EE08
  • 2G188EE16
  • 2G188EE36
  • 2G188FF02
  • 2G188FF08
  • 4C188EE02
  • 4C188EE29
  • 4C188FF04
  • 4C188FF15
  • 4C188GG03
  • 4C188GG11
  • 4C188JJ05
  • 4C188JJ06
  • 4C188KK07
  • 4C188KK15
  • 4C188KK32
  • 4C188LL09
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