JPS6034709B2 - アンガ−形γカメラ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、高解像力を得るのに適するアンガー形ｙカ
メラに関する。 アンガー形ｙカメラにおいて、理論的に最高の固有解像
力（コリメーターを除く）Ｒｍｉｎは、次式で与えられ
る（Ｅ．Ｔａ脇Ｋａ，Ｔ．Ｈｉｒａｍｏｔｏ，＆−Ｎ，
Ｎｏｈａｒａ：Ｊ，ＮｕｃｌｅａｒＭｅｄｉｃｉ船，１
１

〔９〕（１９７０）５４２／５４７参照）。 ただし、ｎｉ：ｉ番目の光電子増倍管（以下ＰＭと略称
）の第１ダィノードに達する光電子数、ｘ：ｉ番目の位
置でのＸ鞠上の位置変数（Ｙ軸についても類似の解折で
同じ結果を得る）。 この式を図で説明すると第１図のようになる。 同図Ａにおいて、ＰＭ‐３，・・・ＰＭｉ，・・・ＰＭ
ｉ＋，，はＰＭの番号、１はアクリル樹脂などのオプチ
カルガイド２はシンチレーターのウインドウ（パイレッ
クスガラスス）、３はＮａｌ（Ｔ夕）結晶を表わす。ま
たＰはｙ線が到来したとき発するシンチレーション発光
点（ＰＭｉ近傍を仮定）を示す。ｎｉ‐３，・・・ｎｉ
，・・・ｎｉ川は各ＰＭの第１夕、．ィノ−ド‘こ入射
する光電子の数とする。同図Ｂは、Ｐ点での光の分布を
示したもので、式脳溝ｎｉ‘ま図示似化勅すこび偽る。 同図Ｃはアンガー形カメラの各ＰＭの位置信号伝達のた
めの結線を示す。 ×軸、Ｙ軸に対して列状に結線され、Ｘ，，・・・Ｘ９
、およびＹ・，…Ｙ５のような列信号として取り出され
る。ここでＲｍｉｎが光分布と、光量子の数に対してど
のような影響を受けるかを知るために、全ＰＭが受光す
る総光電子数Ｎ（＝２ｎｉ）を列信号分布関数Ｆｉ（ｘ
）で表示してみる。 そして第１図Ｃを参照して、ｊ２Ｆｊ（Ｘｊｐ）＝１，
Ｎ＝２２ｎｊｋとなるよう規格化する。 なおｎｊＫは×ｊ列に属するｋ番目のＰｈ４の第１ダィ
ノードが受ける光電子数、Ｘｊｐは発光点ＰからＸｊ列
までの距離を表わす。 したがって、 ｎｊｋ＝Ｎ．Ｆｊ（×ｊｐ） ‘２１と
なる。 このとき式‘山まｎｉ三ｎｉｋとおいて と変換される。 これはＸ軸方向での鱗像力を示しＹ軸についても同様の
結果を得る。さて、式脚は物理的には、鱗像力がＰＭで
受光する光量子数（実際は第１ダィノード光電子数）と
、光分布の形状に支配されていることが分る。 Ｎを増すには、ＰＭの量子効率の向上と、ＰＭと結晶の
光結合（導光路）の適正化などがある。しかしこの種の
技法によるＮの増大には自ずから限度があり、かつ解像
力はＮの平方根にしか利がないので、Ｎ単独の増大だけ
では大中な改善は期待できない。本発明は以上の理論的
解析に基づき、光電子数Ｎの増大と、シンチレーション
の発光分布の形状の最適化をはかりうるアンガー形ｙカ
メラ、特にァンガー形ｙカメラ用シンチレータの構造を
実現することを目的とする。 さて実際のアンガー形の位置計算においては解像力Ｒは
次のように表わされる。 ただし、Ｋｉ：Ｘｊ列に対する重み関数 （ｗｅｉｇｈｔｉｎｇｆｕｎｃｔｉｏｎ）。 したがって、発光点から遠い場所にあるＰＭにはできる
だけ光が入射しないことが望ましい。何故なら、遠くの
ＰＭには、位置に関する情報が少なし、にも拘らず、大
きな関数Ｋｊが秦ぜられ、統計的にゆらぎの多い光電子
が過度に強調されて解像力を劣化させるからに外ならな
い。したがって、発光点に隣接するＰＭ（第１図Ａでは
ＰＭ‐，、ＰＭｉ）にできるだけ多くの光量が入射し、
これより１つ以上隔てたＰＭの位置（ｘｉ‐２）では、
光がゼロとなるような光の列信号分布関数Ｆｊ（ｘ）が
理想形であり、このようなＦｉ（ｘ）の実現が鱗像力の
向上につながる。以上を総括すると、理像的な列信号分
布関数とは、次の条件を満たすものと定義される。 【ｉ｝｛岬ｊ（ｘ；ｐ）／舷｝２／Ｆｊ（ｘｊｐ）が大
きいこと。 具体的には発光点に隣接するＰＭの位置での光分布の傾
斜が大きくかつ光量が少し、こと。 ｛ｉｉ）発光点より１つ以上隔てたＰＭの位置での光量
がゼロであること。 なお台形か３角形に近く裾を引かない形状の光分布関数
が理想に近い。 なお参考までに発光点より１つ以上隔てたＰＭの信号を
カットして、ゆらぎの多い信号を除去する技法がスレシ
ュホルドアンプ方式（特開昭４７−８２４７号公報に詳
しい。 ）であり、重み関数をゼロとしてやる技法が遅延回路方
式（特公昭５０−８３５６号公報に詳しい。）である。
さて、カメラ用Ｎａｌ（Ｔ夕）結晶の全表面を研磨剤で
粗面化し、結晶内部での光の逐次反射により生ずる側面
方向への伝播を防いで、効率よく光をＰＭ方向へ導出す
る技法については既に公知である（Ｇ．Ｊ．Ｈｉｎｅ
編；ｌｎｓｔｍｍｅｎねｔｉｏｎ ｍＮ比ｌｅａｒ
Ｍｅｄｉｃｉｎｅ，ｖｏそ １，Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐ
ｒｅｓｓｌ９６７発行、Ｐ５０項参照）。 まず第１にＮの増大を目的として筆者等も第２図に示さ
れるような構成で、結晶表面の粗面化の効果を調べた、
パラメーターは結晶１の厚さｄと研磨組さとした。 なお条件は、ＰＭの直径、パィレックスガラス２の厚さ
ｄ。を一定とし、線源には５７Ｃ。を用いた。第３図は
得られた結果である。 上記公知例に示されているように確かに＃８００（８０
尻蚤、なお、この表示はＪＩＳ規定Ｒ６００１「研摩材
の粒度」の規定を表わす。以下同じ。）の粕面研磨の結
晶の場合、パルス高が、鏡面に比較して大中に増大（Ｎ
の増大に相当し、Ｎが分解能と逆比例する）することは
確認された。そして更に＃４００以下に研磨組さを粗く
して行ったとき、本実験に使用した１２．７肋（１／〆
）厚さの結晶では、何等Ｎの増大は認められなかった。
（他の実験では僅かに増大した結晶もある。）これに対
して９側厚さ以下では、研磨粗さに対応してパルス高（
Ｎ）が顕著に増大するという新しい事実が見出された。 理由は後述このようにパルス高が＃４００以下では研磨
粗さにほぼ比例し、かつ結晶が薄い程この傾向が顕著に
なるという現象は、厚さを約９側以下にさえすれば結晶
ロットの変更、研磨加工者の違いがあっても、共通して
認められた。なお、９〜１２．７肌の範囲についても効
果は９側以下にしたときほど顕著でない。第２の光分布
関数の形状の改善を目的として、第２図に示されるｙ線
源を横方向へ移動させ、線源の位置とＰＭのパルス高と
の関係を実測した。第４図Ａ，Ｂがその結果である。な
お光分布関数の形状の吟味を容易にするために規準化し
て表示した。同図Ａは１２．７肌厚さ結晶を＃８００，
＃２２０，＃１２０で粗研磨した場合、同図Ｂは５側厚
さ結晶を＃８００，＃２２０で粗研磨した場合の特性を
表わす。両者の特徴を比較すると、同図Ａ：ピークの位
置に尖がり、裾を引いた形をとる。研磨粗さを如何に大
きくしてもその影響はピーク近傍には現われず裾野に僅
かに現われる。しかも発光点に隣接するＰＭの位置（ｘ
ｉ＋，）での後斜には殆んど影響がない。同図（Ｂ｝：
裾を引かない台形に近い形となる。 研磨粗さの増大により、ピーク近傍の形状が変ると同時
に、発光点に隣接するＰＭの位置（ｘｉＨ）での傾斜が
大中に増大し、ｘ；十２の位置でのパルス光はゼロとな
る。しかもこの懐向は結晶が９柳以下であれば共通して
現われたｏ以上の実験から、約９肋以下の厚さの結晶で
は、単純に研磨組さを増すという単一の技法だけで、Ｎ
の増大、｛肥ｊ（ｘｉｐ）／ｄｘ｝２／Ｆｊ（ｘｊｐ）
の増大、発光点から１つ以上隔てたＰＭの受光量の減少
、という三つの条件を一挙に満すといつ新事実が明らか
となった。 しかしこの事実は、結晶が薄くなって発光点からＰＭま
での距離（ｄ十ｄ。）が減少した結果であって、粗研磨
による効果ではないのではないかとの疑問が生ずる。こ
れを検証するためにｄ＋ｄ。：１８側一定とし、ｄ＝１
２．７肌、ｄ。＝５肋（オブチカルガィドの挿入により
１８側に調整）の２つの場合について実測した。第５図
はその結果である。この事実から薄い結晶を粗研磨すれ
ば、発光点からＰＭまでの距離が同じであっても理想に
近い台形状のＦｊ（ｘ）が実現し、粗研磨に顕著な効果
があることは明らかである。以上述べた実験結果に基づ
き、本発明は先の目的を達成するため、ｙカメラ用のシ
ンチレーター結晶として、表面が粗面化された９側以下
の厚さの結晶を用いる。 さらに本発明においては、上記粗面化の程度を＃４００
以下の粒度で研磨する（すなわち、結晶の表面を＃４０
０で研磨した表面以上の粗さとする）ことにより、さら
に顕著な効を得ることができる。さて約９柳以下の薄い
結晶のときのみ何故粗研磨の効果が現われるのがの理由
について、仮説ではあるが以下説明を加える。 まず高屈折率（ｎ＝１．５４）と低屈折率（ｎ＝１．０
）媒体の境界面を粗研磨してモデル実験（光源：レーザ
ービーム）を行ったところ第６図のような出射光指向性
（極座標表示）となった。 基点の○ａ，０ｂ，０ｃからの長さ（対数表示）が光強
度、方向が出射角を表わす。なお０ａ，０ｂ，０ｃ点に
は便宜上、同じ強度の光が入射した場合について描いた
。（実際の強度は異なる。後述）まず粗研磨の場合（実
線）について吟味すると入射角が大きければ大きい程拡
散の度合が大きい。したがってＰＭ端面直下での入射方
向成分○「０は○ｒｂに対して顕著に減少し、垂直成分
○ずＣ，（ＰＭ受光面へ向う成分は）は○ｒｂ，に比べ
て余り減少しない。これに対して微細研磨の場合（点線
）について吟味するとこの傾向が逆転してしまう（入射
方向成分の減少率は小、垂直成分の減少率大）。さて薄
い結晶とは、発光点Ｐから研磨面までの距離ｄが小さく
、その結果、平均して大きな入射角成分が多くなる。 そして拡散した出射光も、研磨粗さが増す程指向特性の
丸味が増しＰＭへの受光面へ向う成分が増大する（実際
にはＰは点光源であり、Ｐ０ａ，Ｐ○ｂ，Ｐ○ｃの長さ
が異るので受光量の絶対値は逆自乗の法則に従って換算
しなければならない）以上の理由により第３図において
結晶厚さが９帆、５側と薄くなるに従い、研磨粗さの効
果が顕著に現われるのは、拡散指向特性が入射角依存性
を持ち、かつ薄い程平均入射角が大きくなるためと解さ
れる。 また第４図Ｂにおいて、粗研磨によりピーク近傍の光分
布形状が変るのは入射角が小さい範囲であっても、粗研
磨効果が顕著に表われ、ＰＭへの受光成分が急増するか
らと思われる。 また裾を引かない光分布が得られるのは、０ぐａから○
ｒｂへの変化率に対して、０ｒｂから○ｒｃへの変化率
が極めて大きく、入射方向成分が激減することに依る。 他方厚い結晶とは、第６図において、Ｐ′から研磨面ま
での距離ｄ′が大きいことを意味し、平均入射角は小さ
い。したがってＰ○ｃ方向へ向った光の出射光指向特性
も○ずｂ，○ｒｂ′の特性が適用され垂直成分は、０げ
０，０ｒｂ′，に対応する。かくして厚い結晶の微細研
磨では、垂直入射と斜目入射とではＰＭ方向成分は○ａ
ａ′，＞〉○ｂｂ′，となるのに反して、粗研磨では○
ぐａ，＞○いｂ，かつ０ｂｂ，＞＞○ｂｂ′，となる。
したがって全受光量を積分すれば、微細研磨でも粗研磨
でも、受光量にほとんど変化がなく、第３図のような研
磨依存性の少ない特性が得られたものと解される。また
第４図Ａのように裾を引く特性となるのは、入射角が小
さく、入射方向成分（０ｒｂ）の凝小量が余り著しくな
いためと思われる。本発明に係わるシンチレーターを実
際のｙカメラに実装して得られた分解能を示すと次のよ
うになる。 ただしｙ線源は５７Ｃ。とした。さて、上託したように
結晶は薄ければ薄い程粗研磨効果が顕著に現われるが、
厚さと粗さには目づから限界がある。 まず結晶が薄いと、ｙ線に対する光電検出効率の低下し
、Ｔｃ（テクネシウム）に対しては、約１〜３側厚さが
下限である。また研磨祖さを極端に粗くすると、結晶に
クラックが入り易くなる。また第２図のパィレックスガ
ラスと結晶との接着面に気泡が混入し、かつ偏在の危険
性が増大する。また結晶の軸方向が若干異つたドメィン
領域が複合化されて結晶を構成したとき、研磨面の光拡
散の度合が、ドメィンによって違いを生じ、見かけ上感
度分布が現われたかのような現象を呈する。したがって
研磨粗さは、約＃１２０程度が限度である。 以上詳述してきた本発明によれば、ｙカメラの分解館を
大幅に向上する事が可能となり、実用上の効果は極めて
大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を説明するための図、第２図は、
同じく実験の構成を示すための図、第３図は、本発明の
基本となる研磨粗さとパルス高との間の特性を示す実験
結果図、第４図Ａ，Ｂは、同じく本発明の基本となる研
磨粗さと、光分布との間の特性を示す実験結果図、第５
図は、結晶の粗研磨効果を立証するための実験結果を示
す図、第６図は、上記実験結果を物理的に意味付けする
ための説明図である。 努２図 多′図 多３蟹 多ム図仏ｉ 第る図 多ム図脚 努ク図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 光検出器により検出されるべき光を放射線によつて
   発生するシンチレーターを有するアンガー形γカメラに
   おいて、上記シンチレーターの厚さが９ｍｍ以下である
   と共に上記シンチレーターの表面が粗研磨されているこ
   とを特徴とするアンガー形γカメラ。