JP2017026423A - コンプトンカメラ及びその変位検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のコンプトンカメラ間の相対的な位置、コンプトンカメラと他の撮像手段の間の相対的な位置にずれがある場合等の問題点を解消する技術を提供する。【解決手段】散乱体と電子ドリフト手段１２と電子収集器１１を有する電子検出器１、及びガンマ線検出器２を備えたコンプトンカメラの変位検出方法である。散乱体の中に線状又は面状の第１の基準放射線束を入射させ、第１の基準放射線束と散乱体との相互作用により発生した電離電子を、ドリフト手段によって電子収集器に移動させ、電子収集器により検出された電離電子の第１の検出信号の分布に基づいて、電子検出器の所定位置からの変位を検出する。【選択図】図１

Description

本発明は、放射線（典型的にはガンマ線）の入射方向を取得し、例えば、その強度分布を画像として表示するコンプトンカメラ、及びコンプトンカメラの変位検出方法に関する。

ガンマ線検出方法の１つとして、次のアドバンストコンプトン法が知られている。該方法では、コンプトン散乱により生じた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り生じた反跳電子のエネルギーとコンプトン散乱点における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。また、この方法を用いて、放射線源が放出するガンマ線の強度分布を計測し、イメージングすることが可能なガンマカメラの一種であるコンプトンカメラが知られている。

非特許文献１には、このようなアドバンストコンプトン法を利用した検出装置であるＴＰＣ（Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｃｈａｍｂｅｒ）について開示されている。ＴＰＣ内は、散乱体であるガスで満たされ、電離電子を増幅して検出する平板状の電子収集器（μＰＩＣ）が配置される。またＴＰＣ内には、電子収集器に略垂直で一様な電界が作用する電子ドリフト領域が形成されている。入射ガンマ線（光子）は、この電子ドリフト領域内で、散乱体であるガス分子中の電子と相互作用して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。この電子雲は、電子ドリフト領域で、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収集器までドリフト（移動）する。電子収集器は電子の２次元検出器であり、電子雲（飛跡）の電子収集器への到達位置（Ｘ，Ｙ座標）を検出する。散乱ガンマ線検出器による散乱ガンマ線の検出時点、即ちコンプトン散乱を生じた時点と、電子収集器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、電子収集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次元位置を取得することができる。一般的にこのような検出器（ＴＰＣ）においては、１ｋｅＶ〜２０００ｋｅＶ程度の広いエネルギー範囲のガンマ線の検出が可能であることが知られている。

Kabuki S. et al. , "Imaging Study of a phantom and Small animal with a two-head electron-tracking Compton gamma-ray camera", Nuclear Science Symposium Conference Record (NSS/MIC 2010)

コンプトンカメラを用いてガンマ線強度の３次元分布画像を得る場合には、検査対象に対して異なる方向に配置した複数のコンプトンカメラを用いる。そして、各コンプトンカメラから得られるガンマ線の位置情報を合成して３次元分布画像を得る。さらに、一般的にはコンプトンカメラで得られるガンマ線の強度分布画像は、他の撮像手段によって得られた形態画像、例えばＸ線の透過画像と重ね合わせて表示され、医学診断等に用いられる。

ここで、複数のコンプトンカメラ間の相対的な位置、又はコンプトンカメラと他の撮像手段との間の相対的な位置にずれ（正規の位置からの変位）がある場合、正しい３次元分布画像が得られないことがある。又は、重ね合わせたガンマ線分布画像と形態画像との間にずれが発生することがある。この様なことに起因して、正確な診断の支障となることがある。

本発明による変位検出方法は、散乱体と電子ドリフト手段と電子収集器を有する電子検出器、及びガンマ線検出器を備えたコンプトンカメラの変位検出方法であって、次の工程を有する。前記散乱体の中に線状又は面状の第１の基準放射線束を入射させる工程。前記第１の基準放射線束と前記散乱体との相互作用により発生した電離電子を、前記ドリフト手段によって前記電子収集器に移動させる工程。前記電子収集器により検出された前記電離電子の第１の検出信号の分布に基づいて、前記電子検出器の所定位置からの変位を検出する工程。

また本発明による変位補正方法は、散乱体と電子ドリフト手段と電子収集器を有する電子検出器、及びガンマ線検出器を備えたコンプトンカメラの配置補正方法であって、上記の変位検出方法により得られた変位の情報に応じて、前記電子検出器の配置を補正する。

本発明による変位検出方法によれば、電子検出器の正規の位置からの変位の検出が可能である。また本発明による配置補正方法によれば、電子検出器の配置の補正が可能である。このような変位検出方法及び配置補正方法をコンプトンカメラに適用することにより、複数のコンプトンカメラ間の相対的な位置のずれを補正することができて、例えば、正しい３次元分布画像が得られる。また、コンプトンカメラと他の撮像手段との間の相対的な位置のずれを補正することができて、例えば、ガンマ線分布画像と形態画像とを精度良く重ね合わせることができ、より正確な診断が可能となる。

コンプトンカメラの実施形態１の概略構成を示す図。 電子検出器と散乱ガンマ線検出器との検出原理を説明する図。 実施形態１における電子検出回路とガンマ線検出回路の詳細を示す図。 実施形態１における検出器の変位検出及び配置補正のフローチャート図。 実施形態１におけるコリメータと基準放射線源の配置を説明する図。 実施形態１におけるコリメータの斜視図。 電子検出器及び散乱ガンマ線検出器の適正配置状態を示す斜視図。 電子検出器及び散乱ガンマ線検出器の変位状態を示す斜視図。 変位のない電子検出器をＹ軸方向から見た図。 変位のない電子検出器における電子塊の検出位置とカウント数の関係を示すヒストグラム。 変位のある電子検出器をＹ軸方向から見た図。 変位のある電子検出器における電子塊の検出位置とカウント数の関係を示すヒストグラム。 変位のある散乱ガンマ線検出器をＹ軸方向から見た図。 変位のある散乱ガンマ線検出器における基準放射線の検出位置とカウント数の関係を示すヒストグラム。 コンプトンカメラの実施形態２の概略構成を示す図。 実施形態２における検出器の変位検出のフローチャートを示す図。 実施形態２におけるコリメータと基準放射線源の配置を説明する図。 実施形態２における電子検出回路とガンマ線検出回路との詳細を示す図。 コンプトンカメラの実施形態３の概略構成を示す図。 実施形態３におけるコリメータと基準放射線源の配置を説明する図。 実施形態３におけるコリメータの斜視図。

本発明によれば、放射線の直接検出ではなく、コンプトン散乱により発生した電離電子をドリフトさせて検出することで電子検出器の所定位置からの変位を検出する。この変位の情報に応じて、電子検出器の配置を補正することもできる。

（実施形態１）
本発明による検出器の変位検出方法及び検出器の配置補正方法を適用したコンプトンカメラの実施形態１の概略構成を図１に示す。ここで、１は電子検出器、２は散乱ガンマ線検出器ないしガンマ線検出器、３は調整機構、４は信号処理装置、５は表示装置、６は検査対象物に含まれる放射線源、７は検査対象物の保持部である。

電子検出器１は、散乱体であるガス（例えばアルゴン、キセノンなど）を密閉した容器であるチャンバー１０と、チャンバー１０に内蔵された平板状の電子収集器１１と、電極１２と、を含む。電子収集器１１と電極１２とは平行に対向し、電極１２は、チャンバー１０の前端側（ガンマ線入射側）に取り付けられる。電圧発生器１３により、電極１２と電子収集器１１とに対してそれぞれ所定の電圧を印加することにより、電極１２と電子収集器１１との間に電子ドリフト領域が形成される。この電子ドリフト領域内では、電子収集器１１に垂直な方向に一様な電界が作用する。電子ドリフト領域内の電界をより均一にするため、電子ドリフト領域の周囲にガイド電極（不図示）を設けてもよい。電子検出器１は、散乱ガンマ線検出器２とともに、電子の３次元位置検出器であるＴＰＣを構成している。

検査対象物は例えば人体（被検体）であり、その場合の放射線源６は投与した放射性薬剤である。放射線源６は、１００ｋｅＶ〜２０００ｋｅＶ程度のエネルギーのガンマ線を放出する放射性物質から成る。対象物の検査を行う場合、放射線源６から到来してチャンバー１０の前端部と電極１２を透過し、電子ドリフト領域内に入射した個々の入射ガンマ線（光子）は、ガスの分子内の電子との間の相互作用であるコンプトン散乱を受ける。その結果、反跳電子と散乱ガンマ線を生じる。この反跳電子は電子収集器１１によって検出され、また散乱ガンマ線は散乱ガンマ線検出器２によって検出される。

図１に示すように、信号処理装置４は、電子検出回路２０、ガンマ線検出回路２１、ガンマ線入射方向算出回路２２（以下、単に算出回路とも称する）、画像再構成装置２３を含む。電子検出回路２０は、反跳電子の検出信号から反跳電子のエネルギー、コンプトン散乱点の位置、及び反跳方向ベクトルを算出する。またガンマ線検出回路２１は、散乱ガンマ線の検出信号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算出する。

算出回路２２は、入射ガンマ線（光子）から生じる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、及び散乱方向ベクトルをもとに、入射ガンマ線の入射方向を算出する。画像再構成装置２３は、複数のコンプトン散乱事象について算出した入射ガンマ線の入射方向の情報から強度分布画像のデータを生成する。表示装置５は、この画像データを用いて、放射線の強度分布を濃淡や色の違いによって表示する。

次に、電子検出器１と散乱ガンマ線検出器２との検出原理について図２により説明する。尚、図２においてチャンバー１０は省略する。放射線源６から放出され電子ドリフト領域に入射した１００ｋｅＶ〜２０００ｋｅＶ程度のエネルギーを持つ入射ガンマ線３０（光子）は、ガスの分子内の電子との相互作用であるコンプトン散乱を受ける。その結果、入射ガンマ線３０よりも小さいエネルギーを持つ反跳電子３１と散乱ガンマ線３２とが生じる。入射ガンマ線３０のエネルギーをＥ０、反跳電子３１のエネルギーをＫｅ、散乱ガンマ線３２のエネルギーをＥγとすると、Ｅ０＝Ｋｅ+Ｅγの関係が成立する。

反跳電子３１は電子ドリフト領域内を飛行しながら次々とガスの分子と相互作用して散乱を受け、その都度、電離電子を発生させる。尚、図２において、Ｐｃはコンプトン散乱点、Ｐｔは反跳電子の飛跡上の通過点、Ｐａは散乱ガンマ線検出器２による散乱ガンマ線３２の吸収点（散乱ガンマ線が光電吸収された位置）である。また、ｓは入射ガンマ線３０の入射方向ベクトル（入射方向の単位ベクトル）、ｇは散乱ガンマ線３２の散乱方向ベクトル（散乱方向の単位ベクトル）、ｅは反跳電子３１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）である。

反跳電子３１の飛跡に沿う線上には多数の電離電子からなる電子雲２４が生じる。反跳電子３１は、電離の度に徐々にエネルギーを失い、全てのエネルギーを失うと停止する。電子ドリフト領域の寸法をＸ、Ｙ、Ｚ方向とも１００ｍｍとすると、反跳電子３１のエネルギーＫｅが３０ｋｅＶ以下であればその飛程は１００ｍｍ以下であり、殆どの反跳電子３１は電子ドリフト領域内で停止する。また、反跳電子３１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２４の形状も図示するように不規則に屈折した線状となる。このようにして電子ドリフト領域内に生じた電子雲２４は、電界から受ける力によって、大きさ、形状をほぼ保ったまま電子収集器１１に向かって垂直にドリフトする。

電子収集器１１はＭＳＧＣ（Ｍｉｃｒｏ Ｓｔｒｉｐ Ｇａｓ Ｃｈａｍｂｅｒ）等の平板状の２次元検出器である。これは、図２中に示すＹ方向に平行でＸ方向に微小な間隔で配列した多数のカソード電極線Ｃと、カソード電極線Ｃに対して９０度の角度でＹ方向に配列した多数のアノード電極線Ａと、を検出素子として備える。アノード電極線Ａとカソード電極線Ｃとの間に電位差を付与することにより電極線間に強電界を発生させ、これにより、ドリフトして電子収集器１１に到達した電子をなだれ増幅する。その結果生成された多数の電離電子と陽イオンを、それぞれ、アノード電極線Ａとカソード電極線Ｃとによって収集する。電子収集器１１で検出可能な電子の最小エネルギーは、回路のノイズ等で制限され、反跳電子のエネルギーＫｅ＝５ｋｅＶ程度に相当する。また、検出可能な電子の最大エネルギーは、電子ドリフト領域の大きさに対する反跳電子３１の飛程で制限され、一般的にはＫｅ＝３０ｋｅＶ程度に相当する。

散乱ガンマ線検出器２は、電子検出器１の後方に配置されており、Ｘ方向及びＹ方向にシンチレータ素子を２次元配列したシンチレータ２５と光電検出器２６とで構成される。光電検出器２６として、例えば、光電子増倍管やアバランシェフォトダイオードが使用できる。散乱ガンマ線３２は、シンチレータ２５で光電吸収されて可視光に変換され、さらに光電検出器２６によって該可視光が電気信号に変換される。

次に図１に示した信号処理装置４の動作の詳細について説明する。電子収集器１１による反跳電子の検出信号に対しては、電子検出回路２０による処理が行われ、散乱ガンマ線検出器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２１による処理が行われる。図３に電子検出回路２０とガンマ線検出回路２１との詳細を示す。１つの電子雲２４の各部分は電子収集器１１の複数のアノード電極線Ａ及びカソード電極線Ｃ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。これらの電気信号は、電子雲２４の前端の到達から後端の到達までの間継続する。アノード電極線Ａ及びカソード電極線Ｃからの電気信号は、それぞれ増幅部４０ａ、４０ｂによって増幅され、データ取り込み部４１に出力される。

一方、散乱ガンマ線の検出信号は、ガンマ線検出回路２１の増幅部４７によって増幅される。増幅部４７は、ガンマ線の検出に対応した信号をトリガ信号として電子検出回路２０のデータ取り込み部４１に出力する。データ取り込み部４１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収集器１１と電極１２の間隔をＤ、電子雲のドリフト速度をＶとした時、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２４に対応した各電極線からの電気信号がすべて取り込まれる。

データ取り込み部４１に取り込まれた電気信号から、電子エネルギー算出部４６によって反跳電子のエネルギーＫｅが算出される。さらにデータ取り込み部４１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４２に出力される。計算部４２は、収集器１１で検出の電子雲の各部について、検出したアノード電極線Ａとカソード電極線Ｃとの位置（Ｘ，Ｙ座標）と、トリガ信号基準のドリフト時間ΔＴとドリフト速度Ｖとの積による収集器１１に垂直な方向の位置（Ｚ座標）と、を計算する。そして、これらを元に電子雲２４の各部の３次元位置データを生成する。

次にコンプトン散乱点算出部４３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）を算出し、これを反跳方向ベクトル算出部４５、ガンマ線散乱方向ベクトル算出部５１、及び画像再構成装置２３に出力する。図２に示すように入射ガンマ線３０は電極１２の側から入射するため、電子ドリフト領域内でコンプトン散乱により生じた反跳電子３１は電子収集器１１の方向に飛行する。従って、電子雲２４の両端の位置データのうち電子収集器１１から遠い方をコンプトン散乱点Ｐｃとする。また通過点算出部４４は、電子雲２４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）を算出し、これを電子反跳方向ベクトル算出部４５に出力する。所定の距離は、反跳電子３１の飛程よりも十分に小さければよく、例えば２ｍｍである。反跳方向ベクトル算出部４５は、これらのデータをもとに、個々の電子雲２４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を算出し、これをガンマ線入射方向算出回路２２に出力する。

一方、ガンマ線検出回路２１の増幅部４７によって増幅された個々の散乱ガンマ線の検出信号は、データ取り込み部４８に取り込まれた後、ガンマ線吸収点算出部４９とガンマ線エネルギー算出部５０に出力される。ガンマ線吸収点算出部４９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５１に出力する。ガンマ線エネルギー算出部５０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算出回路２２に出力する。ガンマ線散乱方向ベクトル算出部５１は、コンプトン散乱点算出部４３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、データをガンマ線入射方向算出回路２２に出力する。

図１に示すガンマ線入射方向算出回路２２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を元に、入射方向ベクトルｓを算出する。すなわち、Ｋｅ、Ｅγ、ｅ、ｇを元に、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。

尚、ここまでの処理では、後述する電子検出器座標系及び散乱ガンマ線検出器座標系上での値を用いる。図１の画像再構成装置２３は、複数のコンプトン散乱事象について、まず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とのデータを、後述する装置座標系上の値に変換する。さらに、変換した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とのデータから放射線源６の放射線強度分布画像のデータを生成する。表示装置５は、この画像データを用いて放射線の強度分布を濃淡や色の違いによって表示する。

次に、検出器の配置補正手段である調整機構３について説明する。図１に示すように、本実施形態の調整機構３は全体駆動装置６０と散乱ガンマ線検出器駆動装置６１とで構成される。全体駆動装置６０は、面内駆動機構６３と第１の回動機構６４とを含む。面内駆動機構６３は、電子検出器１と散乱ガンマ線検出器２を一体的に支持する支持体６２を図１中に示すＸ方向及びＹ方向に駆動する。第１の回動機構６４は、面内駆動機構６３に搭載され、支持体６２を、図１中に示すα方向（Ｘ軸回りの回転方向）、β方向（Ｙ軸回りの回転方向）に回動させる。尚、第１の回動機構６４の回動中心は電子検出器座標系の検出器原点Ｏｅに設定されている。また、本実施形態において、散乱ガンマ線検出器２は、予め電子検出器１に対して平行となるように取り付けられて一体化されているものとする。

次に、本実施形態における変位検出方法及び配置補正方法を上記のコンプトンカメラにおける電子検出器１及び散乱ガンマ線検出器２に適用する方法について説明する。図４に変位検出及び配置補正のフローチャートを示す。図４において、ステップ１〜４は電子検出器１の変位の検出と配置の補正に対応し、ステップ５〜８は散乱ガンマ線検出器２の変位の検出と配置の補正に対応する。

［ステップ１：コリメータ及び基準放射線源の設置］
電子検出器１の変位を検出するため、図５に示すように保持部７上に第１の基準放射線源６６ａとコリメータ６５とを設置する。コリメータ６５は、放射線遮蔽能力の高い鉛等の材料から成り、第１の基準放射線源６６ａを収容する内部空間と内部空間からコリメータ外まで貫通する出射孔６７が形成されている。第１の基準放射線源６６ａが放出する第１の基準放射線は、電子ドリフト領域で光電吸収される割合が十分に高い必要がある。そのため、第１の基準放射線源６６ａは、エネルギーが５ｋｅＶ〜３０ｋｅＶ程度の第１の基準放射線（ガンマ線やＸ線）を発生する放射線源とする。本実施形態においては、例えば、第１の基準放射線源６６ａとしてエネルギーが５．９ｋｅＶのＸ線を放出する放射性同位元素Ｆｅ−５５を使用するものとする。

コリメータ６５の斜視図を図６に示す。出射孔６７は本実施形態では（ａ）に示すような細い円形ピンホールとするが、これに限られるものではなく、（ｂ）に示すような十字形の貫通孔（スリット）であってもよく、いずれも十分な深さを有する。ここで、保持部７には、位置基準としての装置座標系、即ち装置原点Ｏ及び装置基準軸Ｘｏ、Ｙｏ、Ｚｏが設定されている。この装置座標系は、コンプトンカメラの電子検出回路２０とガンマ線検出回路２１とによって得られた入射ガンマ線に関する情報からガンマ線の分布画像を求める際に用いられる。また複数のコンプトンカメラを検査対象物の周囲に配置する場合には、すべてのコンプトンカメラに共通する基準座標となる。コリメータ６５は、出射孔６７が装置座標系において所定の位置になるように設置される。本実施形態においては、例えば、出射孔６７であるピンホールの中心線が装置基準軸Ｚｏに一致し、出射孔６７の出射端が装置原点Ｏとなるように設置する。

第１の基準放射線源６６ａが放出する第１の基準放射線の大半はコリメータ６５中で吸収され、一部のみが図６（ａ）、（ｂ）に示すように出射孔６７から細い線状又は薄い面状の第１の基準放射線束６８ａとして出射される。この第１の基準放射線束６８ａは装置基準軸Ｚｏに沿って直進してコンプトンカメラに入射する。

一方、電子検出器１には電子検出器座標系、即ち検出器原点Ｏｅと検出器基準軸Ｘｅ、Ｙｅ、Ｚｅが定義される。本実施形態においては、例えば、検出器原点Ｏｅは電子検出器１の幾何学的な中心とし、検出器基準軸Ｚｅは電子収集器１１に垂直な中心軸、検出器基準軸Ｘｅ、Ｙｅは検出器基準軸Ｚｅに垂直な２軸とする。また散乱ガンマ線検出器２には、散乱ガンマ線検出器座標系、即ち検出器原点Ｏｇと検出器基準軸Ｘｇ、Ｙｇ、Ｚｇが定義される。本実施形態においては、例えば、検出器原点Ｏｇはシンチレータ２５の表面の幾何学的な中心とし、検出器基準軸Ｚｇはシンチレータ２５の表面に垂直な中心軸、検出器基準軸Ｘｇ、Ｙｇは検出器基準軸Ｚｇに垂直な２軸とする。

これらの電子検出器座標系及び散乱ガンマ線検出器座標系は、電子検出器１及び散乱ガンマ線検出器２で検出した情報から電子検出回路２０及びガンマ線検出回路２１によって入射ガンマ線に関する位置情報を求める際に用いられる。電子検出器座標系及び散乱ガンマ線検出器座標系が装置座標系と所定の位置関係にあるように電子検出器１及び散乱ガンマ線検出器２が位置している状態が、変位（位置ずれ）のない適正配置である。所定の位置関係とは、例えば、Ｘ，Ｙ，Ｚの各方位が一致し、原点を所定位置にオフセットさせた位置関係である。電子検出回路２０とガンマ線検出回路２１によって得られた入射ガンマ線に関する情報は、ガンマ線の分布画像を求める際に、装置座標系への座標変換が行われる。

ここで、電子検出器１及び散乱ガンマ線検出器２の変位は以下（1）〜（6）の成分を持つ。
（1）装置基準軸Ｘｏ方向の平行変位
（2）装置基準軸Ｙｏ方向の平行変位
（3）装置基準軸Ｚｏ方向の平行変位
（4）装置基準軸Ｘｏ回り（α方向）の角度変位
（5）装置基準軸Ｙｏ回り（β方向）の角度変位
（6）装置基準軸Ｚｏ回り（γ方向）の角度変位
このうち本実施形態において検出の対象とするのは、（3）と（6）を除く４つの成分である。（3）と（6）については、別の所で言及する。

［ステップ２：電子検出器の変位検出］
最初に、検出される変位に対する基準値（リファレンス）について説明する。電子検出器１の電子検出器座標系及び散乱ガンマ線検出器２の散乱ガンマ線検出器座標系の装置座標系に対する相対位置が変位していない（配置のずれがない）適正配置状態を仮定する。図７はこのような状態を示す斜視図である。尚、図においてチャンバー１０は省略する。電子検出器座標系の検出器基準軸Ｚｅ及び散乱ガンマ線検出器座標系の検出器基準軸Ｚｇは、ともに装置座標系の装置基準軸Ｚｏに重なる。また、電子検出器座標系の検出器原点Ｏｅ及び散乱ガンマ線検出器座標系の検出器原点Ｏｇは、それぞれ、装置座標系の装置原点ＯからＺ方向に所定距離隔たった位置にある。

このような適正配置状態においては、図７に示すように第１の基準放射線束６８ａは装置基準軸Ｚｏに沿って電子ドリフト領域に入射する。第１の基準放射線はエネルギーが小さいため、ガスの分子内の電子と相互作用して光電吸収される確率が非常に高い。光電吸収の結果、電離電子を発生するが、そのエネルギーは小さいためガス中での飛程は非常に短かい。その結果、この電離電子は光電吸収位置の周囲のみで次々にガスの分子と相互作用して散乱を受け、新たな電離電子を発生させる。このようにして多数の電離電子の集団である電子塊６９が発生する。電子塊６９の大きさは、電子検出器１の分解能と同程度、すなわち検出器から見るとほぼ点である。この電子塊６９は、電子ドリフト領域内で電界から受ける力によって、大きさをほぼ保ったまま電子収集器１１に向かって垂直にドリフトする。そして電子収集器１１に到達すると、到達位置にあるアノード電極線Ａとカソード電極線Ｃにより増幅されて電離電子と陽イオンが検出される。電子検出器１の平行変位と角度変位がともに無いので、電子塊６９の発生位置はすべて第１の基準放射線束６８ａに重なる装置基準軸Ｚｏ上となる。

例えば図７に示すように電子塊６９の発生位置である点Ｇ１（電子ドリフト領域の上部）、点Ｇ２（電子ドリフト領域の中心）、及び点Ｇ３（電子ドリフト領域の下部）はすべて装置基準軸Ｚｏ上であり、かつ検出器基準軸Ｚｅ上でもある。従って、これらの電子塊６９はすべて電子収集器１１に垂直な検出器基準軸Ｚｅに沿ってドリフトする。そして電子収集器１１に到達すると、検出器基準軸Ｚｅ上にある特定のアノード電極線Ａ_０とカソード電極線Ｃ_０により増幅され、電離電子と陽イオンが検出される。

図９（ａ）は平行変位及び角度変位のない電子検出器１をＹ軸方向から見た図である。また、（ｂ）は電子収集器１１の電子塊６９の到達位置付近を拡大して示す。ここで、Ｃ_−３〜Ｃ_３はＸ軸方向に配列したカソード電極線である。検出器基準軸Ｚｅ上（Ｘ座標＝０の位置）にはカソード電極線Ｃ_０が位置しており、電子塊６９は、その発生位置に関わらず全てカソード電極線Ｃ_０の近傍に到達し検出される。実際には、電子ドリフト領域における電界の不均一性などの理由で、電子塊６９の到達位置はカソード電極線の幅の２〜３倍程度のゆらぎを持つ。この状態で所定時間、電子塊６９の計測（各カソード電極線Ｃで検出した信号のカウント）を行う。検出した位置（カソード電極線Ｃ）とカウント数の関係（ヒストグラム）の一例を図１０に示す。カソード電極線Ｃの配列ピッチをｐとすると、カソード電極線Ｃ_−３〜Ｃ_３のＸ座標位置は−３ｐ〜３ｐとなる。検出される信号は、検出器基準軸Ｚｅ上のカソード電極線Ｃ_０を中心とした２〜３本に集中し、狭い幅と高いピークを有する対称分布を成すことになる。尚、このような測定は、コンプトンカメラの組立工程において予め実施しておき、この分布の半値幅Ｄ０の値を基準値（リファレンス）として記憶装置に保持しておくものとする。図示した例においてはＤ０＝２ｐである。

次に電子検出器１の変位検出方法について説明する。図８は、電子検出器１の電子検出器座標系及び散乱ガンマ線検出器２の散乱ガンマ線検出器座標系の装置座標系に対する相対位置が変位している（配置のずれがある）変位状態を示す斜視図である。尚、図においてチャンバー１０は省略する。図示したように電子検出器１の平行変位がある状態では、第１の基準放射線束６８ａが検出器基準軸Ｚｅから隔たっているので、電子塊６９の発生位置である点Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３は検出器基準軸Ｚｅ上には無い。これらの電子塊６９はそれぞれの発生位置から電子収集器１１に対して垂直に、即ち検出器基準軸Ｚｅに平行にドリフトする。その結果電子収集器１１の検出器基準軸Ｚｅから離れた位置に到達し、到達位置にあるアノード電極線Ａとカソード電極線Ｃにより増幅されて電離電子と陽イオンが検出される。

さらに電子検出器１の角度変位がある場合には第１の基準放射線束６８ａは検出器基準軸Ｚｅに平行ではない。電子収集器１１からの距離が異なる点Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３で発生した電子塊６９は、電子収集器１１に垂直に、即ち検出器基準軸Ｚｅに平行にドリフトすると、それぞれ、電子収集器１１の異なる位置に到達する。そして到達位置にある複数のアノード電極線Ａとカソード電極線Ｃにより増幅されて電離電子と陽イオンが検出される。図１１（ａ）は平行変位及び角度変位のある電子検出器１をＹ軸方向から見た図である。また、（ｂ）は電子収集器１１の電子塊６９の到達位置付近を拡大して示す。ここで、Ｃ_−８〜Ｃ_２はＸ軸方向に配列したカソード電極線である。検出器基準軸Ｚｅ上にはカソード電極線Ｃ_０が位置しているが、電子塊６９は、その発生位置の電子収集器１１からの距離によって、それぞれ、異なるカソード電極線Ｃに到達して検出される。即ち、電子収集器１１から最も遠い点Ｇ１で発生した電子塊６９はカソード電極線Ｃ_−２に到達し、中間点Ｇ２で発生した電子塊６９はカソード電極線Ｃ_−４に到達し、最も近い点Ｇ２で発生した電子塊６９はカソード電極線Ｃ_−６に到達する。

ここで、電子ドリフト領域内に入射した第１の基準放射線がガスの分子内の電子と相互作用して光電吸収される割合は、第１の基準放射線束６８ａが入射する前端で大きく、後端では小さくなる。例えば、電極１２と電子収集器１１の間隔Ｌを１００ｍｍとしたとき、エネルギーが５．９ｋｅＶのＸ線が光電吸収される割合は電極１２の近傍を１とすると、電子ドリフト領域の中間では約０．１５、電子収集器１１近傍では約０．０２である。このように光電吸収の割合が位置によって異なる結果、後述する様に、電子収集器１１でカウント数の分布が非対称になり、これを利用して角度変位の大きさ（絶対値）のみでなく、どの方向に傾いているかも分かる。

この状態で所定時間電子塊６９の計測（各カソード電極線で検出した信号のカウント）を行う。検出した位置（カソード電極線Ｃ）とカウント数の関係（ヒストグラム）の一例を図１２に示す。カソード電極線Ｃ_−８〜Ｃ_２のＸ座標位置は−８ｐ〜２ｐとなる。検出される信号は、検出器基準軸Ｚｅ上のカソード電極線Ｃ_０から隔たったＣ_−４中心とした６〜７本に分散し、広い幅と偏ったピークを有する非対称形の分布を成す。ここで、この分布の中心からカソード電極線Ｃ_０（Ｘ座標＝０）までの距離Ｄ１（分布の位置）が、電子検出器１の検出器基準軸Ｚｅの装置基準軸Ｚｏに対するＸ方向の平行変位に相当する。即ち、電子検出器１の装置基準軸Ｚｏに対するＸ軸方向の平行変位をΔＸｅとするとΔＸｅ＝Ｄ１となる。図示した例においては分布の中心のＸ座標は−４ｐであるからΔＸｅ＝４ｐとなる。

さらに分布の幅Ｄ２、即ちカウント数が小さい分布の端からカウント数が大きい分布の端までの距離が、電子検出器１の検出器基準軸Ｚｅの装置基準軸Ｚｏに対するβ方向（Ｙ軸回り）の角度変位に対応する。その値をΔθ_βとするとΔθ_β＝（Ｄ２−Ｄ０）／Ｌとなる。Ｄ０は、前述した変位のない適正配置状態における分布の幅（広がり）であり、記憶装置に保持しておいた基準値を使用する。図示した例においては、カウント数が少ない分布の端のＸ座標は−７ｐ、カウント数が多い分布の端のＸ座標は−ｐであり、Δθ_β＝４ｐ／Ｌとなる。前述したように、分布の両端のカウント数の大小を区別することにより、角度変位の大きさのみでなく方向も検出できる。

同様にして、アノード電極線Ａによる検出信号から、電子検出器１の装置基準軸Ｚｏに対するＹ軸方向の平行変位ΔＹｅとα方向（Ｘ軸回り）の角度変位Δθ_αを検出することができる。上記の電子塊の計測、及び平行変位や角度変位の大きさと方向の検出は、コンプトンカメラ内或いはその外部に設けた検出手段により実行される。

［ステップ３：許容可／不可判断］
検出した平行変位ΔＸｅ、ΔＹｅと角度変位Δθ_β、Δθ_αを予め設定した上限値と比較し、許容範囲内か否かの判断を行う。変位が許容範囲内（上限値よりも小）であれば補正不要として、図４のステップ５の散乱ガンマ線検出器の変位検出に移行する。変位が許容範囲外（上限値以上）であれば、ステップ４の電子検出器の配置の補正を行う。

［ステップ４：電子検出器の配置の補正］
次に電子検出器１の配置を補正する。本実施形態においては電子検出器１の配置の補正には調整機構３を用いる。図４の上記のステップ２で検出した電子検出器１の平行変位ΔＸｅ、ΔＹｅと角度変位Δθ_β、Δθ_αを修正するように調整機構３を駆動する。手順は以下（1）〜（4）の通りである。（1）、（2）、（3）、（4）の順である必要はなく、順番は全く任意である。
（1）第１の回動機構６４により支持体６２をβ方向に−Δθ_β駆動する
（2）第１の回動機構６４により支持体６２をα方向に−Δθ_α駆動する
（3）面内駆動機構６３により支持体をＸ方向に−ΔＸｅ駆動する
（4）面内駆動機構６３により支持体をＹ方向に−ΔＹｅ駆動する

この補正の結果を確認するため、再度、図４のステップ２の電子検出器の変位検出とステップ３の許容可／不可判断を繰り返す。ステップ３において変位が許容範囲内（上限値よりも小）であれば、電子検出器１の配置の補正は終了して散乱ガンマ線の変位の検出と配置の補正（図４のステップ５〜８）に移行する。図４のフローチャートの手順について、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に供給し、その装置のコンピュータにおける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。このことは、後述のフローチャートの手順についても、同様である。

［ステップ５：基準放射線源の設置］
散乱ガンマ線検出器２の変位を検出するため、図５に示すように保持部７上に第２の基準放射線源６６ｂとコリメータ６５を設置する。コリメータ６５は、ステップ１で電子検出器１の変位の検出に使用したものを兼用することもできるが、厚さを増して放射線遮蔽能力をより高めた専用のものを使用してもよい。第２の基準放射線源６６ｂが放出する第２の基準放射線は、電子検出器１を透過して散乱ガンマ線検出器２に到達しなければならない。そのため第２の基準放射線源６６ｂは、少なくとも第１の基準放射線よりも大きい１００ｋｅＶ〜１０００ｋｅＶ程度のエネルギーの第２の基準放射線（ガンマ線）を発生する放射線源とする。本実施形態においては、例えば、エネルギーが６６２ｋｅＶのガンマ線を放出する放射性同位元素Ｃｓ−１３７を使用するものとする。図６に示したように第２の基準放射線源６６ｂが放出する第２の基準放射線の一部のみが出射孔６７から細い線状又は薄い面状の第２の基準放射線束６８ｂとして出射される。この第２の基準放射線束６８ｂは装置基準軸Ｚｏに沿って直進してコンプトンカメラの電子検出器１を透過し、散乱ガンマ線検出器２に入射する。

［ステップ６：散乱ガンマ線検出器の変位検出］
前述したように、散乱ガンマ線検出器２は予め電子検出器１に対して平行となるように取り付けられている。従って、図４のステップ３で電子検出器１の変位が許容範囲内と判断された段階で、散乱ガンマ線検出器２の角度変位も許容範囲内である。よって、本実施形態においては散乱ガンマ線検出器２の平行変位の検出及び配置の補正のみを行うものとする。

散乱ガンマ線検出器２の変位検出方法について説明する。図１３は、平行変位がある散乱ガンマ線検出器２をＹ軸方向から見た図である。ここで、Ｓ_−５〜Ｓ_５はＸ方向に配列したシンチレータ素子である。検出器基準軸Ｚｇ上にはシンチレータ素子Ｓ_０が位置しているが、第２の基準放射線束６８ｂは検出器基準軸Ｚｇから隔たっているので、第２の基準放射線の検出位置は検出器基準軸Ｚｇ上には無い。

この状態で、所定時間、第２の基準放射線の計測（各シンチレータ素子で検出した信号のカウント）を行う。検出した位置（シンチレータ素子Ｓ）とカウント数の関係（ヒストグラム）の一例を図１４に示す。シンチレータ素子の配列ピッチをｑとすると、シンチレータ素子Ｓ_−５〜Ｓ_５のＸ座標位置は−５ｑ〜５ｑとなる。検出される信号は、検出器基準軸Ｚｇ上にあるシンチレータ素子Ｓ_０から隔たったシンチレータ素子Ｓ_−２に集中する。ここで、信号が集中するシンチレータ素子Ｓ_−２（Ｘ座標＝−２ｑ）からシンチレータ素子Ｓ_０（Ｘ座標＝０）までの距離Ｄ３が、散乱ガンマ線検出器２の検出器基準軸Ｚｇの装置基準軸Ｚｏに対するＸ方向の平行変位である。即ち、散乱ガンマ線検出器２の装置基準軸Ｚｏに対するＸ軸方向の平行変位をΔＸｇとするとΔＸｇ＝Ｄ３であり、図示した例においてはΔＸｇ＝２ｑとなる。また同様にして、装置基準軸Ｚｏに対するＹ方向の平行変位ΔＹｇを検出することができる。上記の第２の基準放射線の計測、及び平行変位の大きさと方向の検出も、コンプトンカメラ内或いはその外部に設けた検出手段により実行される。

［ステップ７：許容可／不可判断］
検出した平行変位ΔＸｇとΔＹｇを予め設定した上限値と比較し、許容範囲内か否かの判断を行う。変位が許容範囲内（上限値よりも小）であれば、補正不要として作業を終了する。また、変位が許容範囲外（上限値以上）であれば、ステップ８の散乱ガンマ線検出器の配置の補正を行う。

［ステップ８：散乱ガンマ線検出器の配置の補正］
次に、検出した変位に応じて散乱ガンマ線検出器２の配置を補正する方法について説明する。本実施形態においては、散乱ガンマ線検出器２の配置の補正には調整機構３を用いる。図４の上記のステップ６で検出した散乱ガンマ線検出器２の平行変位ΔＸｇ、ΔＹｇを修正するように調整機構３を駆動する。手順は以下（1）、（2）の通りである。順序は問わない。
（1）散乱ガンマ線検出器駆動装置６１により、散乱ガンマ線検出器２をＸ方向に−ΔＸｇ駆動する
（2）散乱ガンマ線検出器駆動装置６１により、散乱ガンマ線検出器２をＹ方向に−ΔＹｇ駆動する

この補正の結果を確認するため、再度、図４のステップ６の散乱ガンマ線検出器の変位検出とステップ７の許容可／不可判断を繰り返す。ステップ７において変位が許容範囲内（上限値よりも小）であれば、散乱ガンマ線検出器２の配置の補正は終了する。本実施形態では、散乱ガンマ線検出器の変位検出と変位補正を先に行って、その後に、電子検出器の変位検出と変位補正を行うことはできない。つまり、ステップ４で第１の回動機構６４を駆動する際に散乱ガンマ線検出器２の水平方向位置も変化するので、散乱ガンマ線検出器の変位検出と位置調整（ステップ８）は必ずその後（電子検出器の変位検出と変位補正の後）でなければならない。

（実施形態２）
本発明による検出器の変位検出方法及び検出器の配置補正方法を適用したコンプトンカメラの実施形態２の概略構成を図１５に示す。図１に示した実施形態１では検出器の配置の補正には調整機構３を使用した。これに対して、実施形態２は、電子検出器１及び散乱ガンマ線検出器２の配置の補正には調整機構は使用せず、検出器から得られる位置情報を補正する補正部を含む信号処理装置４を使用する点が実施形態１とは異なる。その他のコンプトンカメラの構成と動作は、実施形態１と同一であるので説明は省略する。また、検出器の変位の検出に使用するコリメータ６５、第１の基準放射線源６６ａ、第２の基準放射線源６６ｂ、装置座標系、電子検出器座標系、散乱ガンマ線検出器座標系もすべて実施形態１と同一であるので説明は省略する。

本実施形態における電子検出器１及び散乱ガンマ線検出器２の配置の補正方法について説明する。図１８に、本実施形態の電子検出回路２０とガンマ線検出回路２１の詳細を示す。ここで、７１は記憶装置、７２ａ、７２ｂ、７２ｃは位置補正部である。その他の構成及び動作はすべて図３に示した実施形態１のものと同一であるので説明は省略する。ここで、電子検出器１及び散乱ガンマ線検出器２は、装置座標系に対して平行変位及び角度変位を有するものとする。これらの変位は、予め後述する方法によって検出され、その情報はすべて記憶装置７１に保存されている。そして本実施形態においては検出器の配置の補正は、対象である放射線源６のガンマ線の分布画像を求める際の信号処理の中で以下のように行われる。

前述したように１つの電子雲の各部分に対応した電気信号は増幅部４０ａ、４０ｂによって増幅され、データ取り込み部４１に出力される。データ取り込み部４１に取り込まれた電気信号から、電子エネルギー算出部４６により個々の反跳電子のエネルギーＫｅが算出される。またデータ取り込み部４１に取り込まれた信号より、飛跡座標計算部４２によって電子雲各部の３次元位置データが生成される。コンプトン散乱点算出部４３は、このデータからコンプトン散乱点Ｐｃの位置を算出する。ここで算出されるのは変位した電子検出器座標系上での座標値である。そこで位置補正部７２ａはこの座標値に対して、記憶装置７１に保存された電子検出器１の平行変位と角度変位の情報を参照して補正を加える。その結果、電子検出器１に変位がないものと仮定した時の正しいコンプトン散乱点Ｐｃの座標値が得られる。

同様に、通過点算出部４４により通過点Ｐｔの位置が算出される。ここで算出されるのも変位した電子検出器座標系上での座標値である。そこで位置補正部７２ｂはこの座標値に対して、記憶装置７１に保存された電子検出器１の平行変位と角度変位の情報を参照して補正を加える。その結果、電子検出器１に変位がないものと仮定した時の正しい通過点Ｐｔの座標値が得られる。電子反跳方向ベクトル算出部４５は、これらの補正されたデータを基に、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を算出し、これを図１のガンマ線入射方向算出回路２２に出力する。

一方、ガンマ線検出回路２１の増幅部４７によって増幅された個々の散乱ガンマ線の検出信号は、データ取り込み部４８に取り込まれた後、ガンマ線吸収点算出部４９とガンマ線エネルギー算出部５０に出力される。ガンマ線エネルギー算出部５０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算出回路２２に出力する。また、ガンマ線吸収点算出部４９は、散乱ガンマ線が到達し検出された吸収点Ｐａの位置を算出する。ここで算出されるのは変位した散乱ガンマ線検出器座標系上での座標値である。そこで位置補正部７２ｃはこの座標値に対して、記憶装置７１に保存された散乱ガンマ線検出器２の平行変位と角度変位（実施形態１の構成では、電子検出器１の角度変位と同等である）の情報を参照して補正を加える。その結果、散乱ガンマ線検出器２に変位がないものと仮定した時の正しい吸収点Ｐａの座標値が得られる。

ガンマ線散乱方向ベクトル算出部５１は、補正されたコンプトン散乱点Ｐｃのデータと補正された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、データをガンマ線入射方向算出回路２２に出力する。

ガンマ線入射方向算出回路２２は、反跳電子のエネルギーＫｅ、散乱ガンマ線のエネルギーＥγ、補正された電子の反跳方向ベクトルｅ、補正されたガンマ線の散乱方向ベクトルｇをもとに、入射ガンマ線の入射方向ベクトルｓを算出する。即ち、前述の式（１）、（２）、（３）を用いて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。画像再構成装置２３は、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の算出値を装置座標系上の値に変換する。さらにこれらのデータから放射線源６の放射線強度分布画像のデータを生成し、この画像データを用いて表示装置５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。

次に本実施形態における検出器の変位検出方法について説明する。図１６に変位検出のフローチャートを示す。図１６において、ステップ１〜３は電子検出器１の変位の検出に対応し、ステップ４〜６は散乱ガンマ線検出器２の変位の検出に対応する。

［ステップ１：コリメータ及び基準放射線源の設置］
電子検出器１の変位を検出するため、図１７に示すように保持部７上に第１の基準放射線源６６ａとコリメータ６５を設置する。このステップは実施形態１のステップ１と同一であるので、詳細な説明は省略する。

［ステップ２：電子検出器の変位検出］
電子ドリフト領域で発生した電子塊６９を所定時間、計測（各カソード電極線Ｃ及びアノード電極線Ａで検出した信号をカウント）する。その結果より電子検出器１の装置基準軸Ｚｏに対する平行変位ΔＸｅ、ΔＹｅ及び角度変位Δθ_α、Δθ_βを検出する。このステップは実施形態１のステップ２と同一であるので、詳細な説明は省略する。

［ステップ３：変位量を記憶装置に保存］
ステップ２で検出した電子検出器１の平行変位ΔＸｅ、ΔＹｅ及び角度変位Δθ_α、Δθ_βの情報を記憶装置７１に保存し、電子検出器１の変位検出を終了する。

［ステップ４：基準放射線源の設置］
散乱ガンマ線検出器２の変位を検出するため、図１７に示すように保持部７上に第２の基準放射線源６６ｂとコリメータ６５を設置する。このステップは実施形態１のステップ５と同一であるので、詳細な説明は省略する。

［ステップ５：散乱ガンマ線検出器の変位検出］
第２の基準放射線を所定時間、計測（各シンチレータ素子Ｓで検出した信号をカウント）する。その結果より散乱ガンマ線検出器２の装置基準軸Ｚｏに対する平行変位ΔＸｇ、ΔＹｇを検出する。このステップは実施形態１のステップ６と同一であるので、詳細な説明は省略する。

［ステップ６：変位量を記憶装置に保存］
ステップ５で検出した散乱ガンマ線検出器２の平行変位ΔＸｇ、ΔＹｇの情報を記憶装置７１に保存し、散乱ガンマ線検出器２の変位検出を終了する。

尚、以上説明した実施形態１及び実施形態２において、コリメータ６５の出射孔６７は図６（ａ）に示す細い円形のピンホールとしたが、（ｂ）に示す十字形の貫通孔（スリット）であっても同様の方法で変位の検出が可能である。なぜなら、放射線の束の断面が十字形などであっても、含まれる放射線１本ずつは直線なので、それが発生する電子雲や散乱ガンマ線に、細い円形のピンホールの場合と相違はないからである。後者の場合、十字の方向はＸ方向とＹ方向に向けておくものとする。このようにそれぞれＸ方向及びＹ方向の幅Ｗが狭い２つスリットを組み合わせれば、単一の細いピンホールよりも出射孔６７全体の面積を増大できるので、基準放射線源の放射能を大きくすることなく基準放射線の強度（光子数）を増大できる。その結果、変位検出における計測時間を短縮できるなど、効率を改善できる。図６（ｂ）においては基準放射線束は平行線束として描いたが、少なくとも幅Ｗ方向の放射角が十分に制限されていればよい。

（実施形態３）
本発明による検出器の変位検出方法及び検出器の配置補正方法を適用したコンプトンカメラの実施形態３の概略構成を図１９に示す。本実施形態は実施形態１と同様に電子検出器１及び散乱ガンマ線検出器２の配置の補正に調整機構３を用いるが、その構成は異なる。

調整機構３は、全体駆動装置６０と散乱ガンマ線検出器駆動装置６１で構成される。全体駆動装置６０は、面内駆動機構６３と第２の回動機構７０と第１の回動機構６４から構成される。面内駆動機構６３は、電子検出器１と散乱ガンマ線検出器２を一体的に支持する支持体６２を図１９中に示すＸ方向及びＹ方向に駆動する。第２の回動機構７０は、面内駆動機構６３に搭載され、支持体６２を図１９中に示すγ方向（Ｚ軸回りの回転方向）に回動させる。第１の回動機構６４は、第２の回動機構７０に搭載され、支持体６２を図１９中に示すα方向（Ｘ軸回りの回転方向）とβ方向（Ｙ軸回りの回転方向）に回動させる。

本実施形態において、調整機構３を除くコンプトンカメラの構成と動作については実施形態１と同一であるので、説明は省略する。また本実施形態においては、後述するように検出器の変位の検出に使用するコリメータ６５も実施形態１と異なる。その他の装置座標系、電子検出器座標系、散乱ガンマ線検出器座標系についてはすべて実施形態１と同一であるので説明は省略する。

次に、検出器の変位検出方法及び検出器の配置補正方法を電子検出器１及び散乱ガンマ線検出器２に適用する方法について説明する。変位検出及び配置補正のフローチャートは図４に示した実施形態１と同一であり、ステップ１〜４は電子検出器１の変位の検出と配置の補正に対応し、ステップ５〜８は散乱ガンマ線検出器２の変位の検出と配置の補正に対応する。

［ステップ１：コリメータ及び基準放射線源の設置］
電子検出器１の変位を検出するため、図２０に示すように保持部７上に第１の基準放射線源６６ａとコリメータ６５を設置する。コリメータ６５は放射線遮蔽能力の高い鉛等の材料から成り、内部空間と内部空間からコリメータ外まで貫通する２つの出射孔６７−１、６７−２が形成されている。第１の基準放射線源６６ａは、エネルギーが５ｋｅＶ〜３０ｋｅＶ程度の第１の基準放射線（ガンマ線やＸ線）を発生する放射線源であり、コリメータ６５の内部空間に収容される。本実施形態においては、例えば、第１の基準放射線源６６ａとしてエネルギーが５．９ｋｅＶのＸ線を放出する放射性同位元素Ｆｅ−５５を使用するものとする。

コリメータ６５の斜視図を図２１に示す。出射孔６７−１、６７−２は図示するような細径の円形ピンホールであり十分な深さを有する。

ここで保持部７には位置基準としての装置座標系、即ち装置原点Ｏ及び装置基準軸Ｘｏ、Ｙｏ、Ｚｏが設定されている。この装置座標系は、コンプトンカメラの電子検出回路２０とガンマ線検出回路２１とによって得られた入射ガンマ線に関する情報からガンマ線の分布画像を求める際に用いられる。コリメータ６５は、出射孔６７−１、６７−２がそれぞれ装置座標系において所定の位置になるように設置される。例えば、出射孔６７−１、６７−２であるピンホールの中心線がそれぞれ装置基準軸Ｚｏに平行であり、出射孔６７−１の出射端の装置座標系での座標は（ｕ，−ｕ，０）、出射孔６７−２の出射端の装置座標系での座標は（−ｕ，ｕ，０）、となる様に設置する。即ち、出射孔６７−１の出射端と出射孔６７−２の出射端は装置原点Ｏに対して対称な位置にあり、両者を結ぶ線は装置基準軸Ｘｏ及び装置基準軸Ｙｏに対して４５度の角度を成す。本実施形態においては、出射孔６７−１から出射される第１の基準放射線束６８ａ−１と出射孔６７−２から出射される第１の基準放射線束６８ａ−２とを用いて電子検出器１の変位を検出する。

ここで、電子検出器１及び散乱ガンマ線検出器２の変位は次の（1）〜（6）の成分を持つ。
（1）装置基準軸Ｘｏ方向の平行変位
（2）装置基準軸Ｙｏ方向の平行変位
（3）装置基準軸Ｚｏ方向の平行変位
（4）装置基準軸Ｘｏ回り（α方向）の角度変位
（5）装置基準軸Ｙｏ回り（β方向）の角度変位
（6）装置基準軸Ｚｏ回り（γ方向）の角度変位
このうち本実施形態において検出の対象とするのは、（3）を除く５つの成分である。（3）は後述する様に、別の簡易な方法で検出、補正することができる。

［ステップ２：電子検出器１の変位検出］
以下、本実施形態における検出器の変位検出方法及び検出器の配置補正方法をコンプトンカメラに適用した場合の具体的な実施形態について説明する。まず、第１の基準放射線束６８ａ−１、６８ａ−２のそれぞれが対応する位置における電子検出器１の平行変位と、第１の基準放射線束６８ａ−１、６８ａ−２のいずれかが対応する位置における角度変位を検出する。ここで第１の基準放射線束６８ａ−１について、基準となるのは、検出器基準軸Ｘｅ上でＸ座標＝ｕであるカソード電極線Ｃ_ｕと、検出器基準軸Ｙｅ上でＹ座標＝−ｕであるアノード電極線Ａ_−ｕである。また第１の基準放射線束６８ａ−２については、基準となるのは、検出器基準軸Ｘｅ上でＸ座標＝−ｕであるカソード電極線Ｃ_−ｕと、検出器基準軸Ｙｅ上でＹ座標＝ｕであるアノード電極線Ａ_ｕである。

変位の検出方法は実施形態１のステップ２と同様で、第１の基準放射線束６８ａ−１について、所定時間、電子塊６９の計測（各カソード電極線Ｃとアノード電極線Ａで検出した信号のカウント）を行う。そしてカソード電極線Ｃの検出信号の分布の中心位置Ｘｅ１から、基準となるカソード電極線Ｃ_ｕの位置ｕまでの距離、即ちＸ軸方向の変位ΔＸｅ１を求める。また、アノード電極線Ａの検出信号の分布の中心位置Ｙｅ１から、基準となるアノード電極線Ａ_−ｕの位置−ｕまでの距離、即ちＹ軸方向の変位をΔＹｅ１を求める。つまり、検出した位置と変位の関係は、Ｘｅ１＝ΔＸｅ１＋ｕ及びＹｅ１＝ΔＹｅ１−ｕとなる。

また第１の基準放射線束６８ａ−２についても、同様に所定時間、電子塊６９の計測を行う。そしてカソード電極線Ｃの検出信号の分布の中心位置Ｘｅ２から、基準となるカソード電極線Ｃ_−ｕの位置−ｕまでの距離、即ちＸ軸方向の変位ΔＸｅ２を求める。また、アノード電極線Ａの検出信号の分布の中心位置Ｙｅ２から、基準となるアノード電極線Ａ_ｕの位置ｕまでの距離、即ちＹ軸方向の変位をΔＹｅ２を求める。つまり、電子検出器座標系での位置と変位の関係は、Ｘｅ２＝ΔＸｅ２−ｕ及びＹｅ２＝ΔＹｅ２＋ｕとなる。

得られたＸｅ１、Ｙｅ１、Ｘｅ２、及びＹｅ２より、電子検出器１の装置基準軸Ｚｏに対して垂直な変位の３つの成分、即ち装置基準軸Ｚｏ回り（γ方向）の角度変位Δθγ、Ｘ方向の平行変位ΔＸｅ、Ｙ方向の平行変位ΔＹｅを算出する。これには以下の式（４）、（５）、（６）を用いる。

さらに第１の基準放射線束６８ａ−１又は６８ａ−２について、カソード電極線Ｃとアノード電極線Ａで検出した信号の分布の幅から、Ｘ軸回りの角度変位Δθ_αとＹ軸回りの角度変位Δθ_βとを求める。この信号の分布の幅は、カウント数が小さい分布の端からカウント数が大きい分布の端までの距離である。

［ステップ３：許容可／不可判断］
検出した変位を予め設定した上限値と比較し、許容範囲内か否かの判断を行う。変位が許容範囲内（上限値よりも小）であれば補正不要として、図４のステップ５の散乱ガンマ線検出器の変位検出に移行する。また、変位が許容範囲外（上限値以上）であればステップ４の電子検出器の配置の補正を行う。

［ステップ４：電子検出器の配置の補正］
次に電子検出器１の配置を補正する。本実施形態においては電子検出器１の配置の補正には調整機構３を用いる。上記のステップ２で検出した電子検出器１の平行変位ΔＸｅ、ΔＹｅと角度変位Δθ_γ、Δθ_α、Δθ_βを修正するように調整機構３を駆動する。手順は以下（1）〜（5）の通りである。
（1）第１の回動機構６４により支持体６２をβ方向に−Δθ_β駆動する
（2）第１の回動機構６４により支持体６２をα方向に−Δθ_α駆動する
（3）第２の回動機構７０により支持体６２をγ方向に−Δθ_γ駆動する
（4）面内駆動機構６３により支持体をＸ方向に−ΔＸｅ駆動する
（5）面内駆動機構６３により支持体をＹ方向に−ΔＹｅ駆動する

この補正の結果を確認するため、再度、図４のステップ２の電子検出器の変位検出とステップ３の許容可／不可判断を繰り返す。ステップ３において、変位が許容範囲内（上限値よりも小）であれば電子検出器１の配置の補正は終了して、散乱ガンマ線検出器の変位の検出と配置の補正（ステップ５〜８）に移行する。

以下、ステップ５（基準放射線源の設置）からステップ８（散乱ガンマ線検出器の配置の補正）は実施形態１と同一であるので説明は省略する。

尚、電子検出器１及び散乱ガンマ線検出器２の装置基準軸Ｚｏ方向の平行変位の検出は、ゲージや様々な距離計測の手段など一般的な方法を用いることで容易に行える。そこで、そのような一般的な方法と本発明による変位検出方法とを組み合わせれば、電子検出器１及び散乱ガンマ線検出器２の変位のすべての成分、即ち次の（1）〜（6）の成分の検出が可能となる。
（1）装置基準軸Ｘｏ方向の平行変位
（2）装置基準軸Ｙｏ方向の平行変位
（3）装置基準軸Ｚｏ方向の平行変位
（4）装置基準軸Ｘｏ回り（α方向）の角度変位
（5）装置基準軸Ｙｏ回り（β方向）の角度変位
（6）置基準軸Ｚｏ回り（γ方向）の角度変位

また、検査対象物の周囲に複数のコンプトンカメラを配置する場合には、個々のコンプトンカメラについて本発明による検出器の変位検出方法及び検出器の配置補正方法を適用することができる。その際には、第１の基準放射線源、第２の基準放射線源及びコリメータは共通とし、各コンプトンカメラに対して個別に第１の基準放射線束及び第２の基準放射線束を出射させてもよい。

１ 電子検出器
２ ガンマ線検出器（散乱ガンマ線検出器）
３ 調整機構
４ 信号処理装置
６ 放射線源
１１ 電子収集器
１２ 電極（電子ドリフト手段）

Claims (18)

1. 散乱体と電子ドリフト手段と電子収集器を有する電子検出器、及びガンマ線検出器を備えたコンプトンカメラの変位検出方法であって、
   前記散乱体の中に線状又は面状の第１の基準放射線束を入射させる工程と、
   前記第１の基準放射線束と前記散乱体との相互作用により発生した電離電子を、前記ドリフト手段によって前記電子収集器に移動させる工程と、
   前記電子収集器により検出された前記電離電子の第１の検出信号の分布に基づいて、前記電子検出器の所定位置からの変位を検出する工程と、
   を有することを特徴とする変位検出方法。
2. 前記第１の検出信号は、前記電子収集器からの距離が異なる前記散乱体の中の複数の位置で発生した電離電子の検出信号を含むことを特徴とする請求項１に記載の変位検出方法。
3. 前記第１の検出信号の前記電子収集器における分布の位置に基づいて、前記電子検出器の前記第１の基準放射線束の入射方向に対して垂直な方向の平行変位を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の変位検出方法。
4. 前記第１の検出信号の前記電子収集器における分布の広がりに基づいて、前記電子検出器の前記第１の基準放射線束の入射方向に対する角度変位を検出することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の変位検出方法。
5. 前記第１の基準放射線束を、前記電子収集器の異なる位置に入射する複数の基準放射線束で構成し、前記第１の検出信号の前記電子収集器における分布に基づいて、前記電子検出器の前記第１の基準放射線束の入射方向に垂直な方向の平行変位及び入射方向の回りの角度変位を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の変位検出方法。
6. 前記ガンマ線検出器に、前記第１の基準放射線束よりもエネルギーの大きい線状又は面状の第２の基準放射線束を入射させる工程と、前記ガンマ線検出器による第２の検出信号に基づいて前記ガンマ線検出器の所定位置からの変位を検出する工程と、を更に有することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の変位検出方法。
7. 散乱体と電子ドリフト手段と電子収集器を有する電子検出器、及びガンマ線検出器を備えたコンプトンカメラの配置補正方法であって、
   請求項１から５の何れか１項に記載の変位検出方法により得られた変位の情報に応じて、前記電子検出器の配置を補正することを特徴とする配置補正方法。
8. 散乱体と電子ドリフト手段と電子収集器を有する電子検出器、及びガンマ線検出器を備えたコンプトンカメラの配置補正方法であって、
   請求項６に記載の変位検出方法により得られた変位の情報に応じて、前記ガンマ線検出器の配置を補正することを特徴とする配置補正方法。
9. 散乱体と電子ドリフト手段と電子収集器を有する電子検出器、及びガンマ線検出器を備えたコンプトンカメラであって、
   前記電子検出器の配置を補正する駆動機構を備えたことを特徴とするコンプトンカメラ。
10. 前記駆動機構は、請求項１から５の何れか１項に記載の変位検出方法により得られる変位の情報に応じて、前記電子検出器の配置を補正することを特徴とする請求項９に記載のコンプトンカメラ。
11. 散乱体と電子ドリフト手段と電子収集器を有する電子検出器、及びガンマ線検出器を備えたコンプトンカメラであって、
    前記電子検出器から得られる、基準放射線束と前記散乱体との相互作用により発生する電離電子の位置情報を補正する補正部を備えたことを特徴とするコンプトンカメラ。
12. 前記補正部は、請求項１から５の何れか１項に記載の変位検出方法により得られる変位の情報に応じて、前記電離電子の位置情報を補正することを特徴とする請求項１１に記載のコンプトンカメラ。
13. 散乱体と電子ドリフト手段と電子収集器を有する電子検出器、及びガンマ線検出器を備えたコンプトンカメラであって、
    前記ガンマ線検出器の配置を補正する駆動機構を備えたことを特徴とするコンプトンカメラ。
14. 前記駆動機構は、請求項６に記載の変位検出方法により得られる変位の情報に応じて、前記ガンマ線検出器の配置を補正することを特徴とする請求項１３に記載のコンプトンカメラ。
15. 散乱体と電子ドリフト手段と電子収集器を有する電子検出器、及び前記電子ドリフト手段に入射した光子と前記散乱体の電子との間の相互作用であるコンプトン散乱による散乱ガンマ線を検出するガンマ線検出器を備えたコンプトンカメラであって、
    前記ガンマ線検出器から得られる散乱ガンマ線の位置情報を補正する補正部を備えたことを特徴とするコンプトンカメラ。
16. 前記補正部は、請求項５に記載の変位検出方法により得られる変位の情報に応じて、前記散乱ガンマ線の位置情報を補正することを特徴とするコンプトンカメラ。
17. 前記配置の補正の後に前記電子検出器及び前記ガンマ線検出器によりそれぞれ得られる、前記電子ドリフト手段に入射した光子と前記散乱体の電子との間の相互作用であるコンプトン散乱による電離電子と散乱ガンマ線との情報に基づいて、入射ガンマ線の入射方向の情報を取得することを特徴とする請求項９、１０、１３、及び１４の何れか１項に記載のコンプトンカメラ。
18. 前記補正部により得られる、前記電子ドリフト手段に入射した光子と前記散乱体の電子との間の相互作用であるコンプトン散乱による電離電子または散乱ガンマ線の情報を用いて、入射ガンマ線の入射方向の情報を取得することを特徴とする請求項１１、１２、１５、及び１６の何れか１項に記載のコンプトンカメラ。

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