低コスト、高感度、全方向性コンプトンカメラによる低レベルガンマ線源の可視化

RI施設の実験室における密閉放射線源のモニタリング図3は、コンプトンカメラ(黒色の実線)で測定されたトリガレートの時間変動を、1μs未満の2ヒットカウンタのタイムラグ選択を適用した後のものである。トリガレートは、封止されたソースの位置(つまり、位置からカメラまでの距離)に応じて30分ごとに変化しました。この変動は、定常線量率モニタ(青い破線)で測定したデータから確認した。動作は 5750 s と 7800 s の間以外の一定 (つまり、バックグラウンド レベル) のままでした。ここでは、(i)、(ii)、(iii)、(iv)及び(v)というラベル付きの5つの期間を仮に設定し、封止されたソースの5つの位置を表す(図3a)。図3bは、各周期の総エネルギースペクトル(それぞれ30分)を示し、横軸は、各々の2倍の偶然事象に対するエネルギー堆積物の合計を表す。我々は、(i)、(ii)、(iii)および(iv)の137Csに対して137Csの密封された源から発生する662 keV光吸収ピークに注意し、(v)はバックグラウンドレベルのみを示す。(ii)と(iii)のピーク高さは同じで、カメラから密閉されたソースまでの距離は6.7 mと同じです。662 keVの662±40keV以内の事象を選択することで、散乱角度を計算し、無指向性ガンマ線画像を再構築しました。結果は、図3c-f、それぞれ、期間(i)、(ii)、(iii)および(iv)に示されています。ここでガンマ線画像は赤色の領域で示され、観測範囲の上半分のガンマ線強度を示す。ガンマ線画像から137Csの密閉源の位置を確認できることがわかります。図 4は、画像の統合時間の変化を示しており、赤いフィールドは狭い範囲 (上の 30%)観測された範囲の。この狭い範囲は、ピーク強度を優先するために採用された。この場合、137Csのソース方向は30sの後に識別されることができました。 PET施設における環境モニタリング図5は、PET施設の受付の前でコンプトンカメラ(黒線)で測定した昼間(5.6時間)のトリガレートの全体的な時間変動を示す。我々は、受付の周りに18F-フルオロデオキシグルコース(18F-FDG)を注射した患者の動きに起因する可能性がある様々なパターンを有するトリガ速度の顕著な向上を観察する。このようなパターンの例として、6200から7000 sまでの期間に焦点を当てています。図 5bに示すこの期間のトリガ レートによると、一連の機能強化が明らかであり、2 つの台地にラベル (i) と (ii) が付きます。図 5cは、図5bの期間 (i)、(ii)、および (iii) の合計エネルギースペクトルを示しています。18F-FDGから発生する511keV光吸収ピークを観測した。図5d,eは、511 keVガンマ線全方向性画像をそれぞれ(i)および(ii)の期間で示し、画像再構成のために511±40keV以内の事象を選択した。両方の図のガンマ線ピークの方向は、ソファと壁の後ろのトイレの方向にそれぞれ対応しています。(i)と(ii)の両方のトリガレートを考えると、(i)のガンマ線は、トイレから壁のシールドを貫通する漏れと解釈します。私たちは、患者がトイレに入り、2分を過ごし、その後PETスキャンの数分前にソファに座ったと推測します。 福島県川俣町の屋外計測図6は、屋外測定の30分のトリガレートの時間変動を示す。トリガーレートの安定性は、長時間にわたって屋外で行われた測定でも、当社のコンプトンカメラシステムが安定して動作することを意味します。拡張ガンマ線源がどのように再構築されたかを示すために、図6に示すように、(i)(1分)、(ii)(10分)、(iii)(20分)および(iv)(iv)と(30分)と表示された4つの異なる積分期間を設定した。図6bは、各期間の総エネルギースペクトルを示し、放射性核種から放射されたガンマ線の光吸収ピークに重ね合わせた構造を、134csおよび137Csに対して662 keVの605keVおよび796 keVで示している。ガンマ線画像を再構築するために、605 keVの565-622 keV内の事象、662keVの662±40 keV、796keVの796±40 keV内のイベントを選択しました。605、662、796 keVのガンマ線全方向性画像は、積分期間(i)、(ii)、(iii)、および(iv)の図6c-fにそれぞれ示されています。この場合、組み込み時間が20分を超える限り、再構築されたガンマ線分布は安定していることがわかります。前方の丘の斜面と雨どい溝の下部は明らかに汚染されていますが、画像の右側の汚染されていない土壌で覆われた領域は実証的に汚染されていません。ガンマ線強度はシンチレーション型測量計で測定された線量率値とよく一致しており、その値は図6fに黄色で示されている。 図1:全方向性ガンマ線イメージングコンプトンカメラシステム(a)本研究で用いた11の元素を持つシンチレータの幾何学的配置。2つのシンチレータが円の中心に配置され、さらに9台が半円に配置され、垂直にずらされた。(b)ハウジングのない検出器の写真。カウンターは、膨張したポリスチレンの中に固定された。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。 図2:実験的なセットアップ(a) RI施設の実験室で密閉された放射線源のモニタリングで、137個のCs封入源が「A」、「B」、「C」、「D」と表示された位置に順次設定された。(b) PET施設の受付前での環境モニタリング(c)福島県内の屋外計測コンプトンカメラは脚立に固定されていた。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。 図3:実験室における137Cs封入源のモニタリングの代表的な結果。(a)コンプトンカメラで測定したトリガレートの時間変動(黒実線)と定常線量率モニタ(青破線)で測定した空気量率の変動。(b)図3の総エネルギースペクトル(各2倍の偶然事象に対するエネルギー堆積物の合計)、(i)(赤線)、(ii)(青線)、(iii)(緑線)、(ピンクライン)および(v)(黒線)の結果を伴い、(iv)の結果を0.15でスケーリングした。(c) 662 keVガンマ線全方向性画像を期間(i)で光学画像に重ね合わせた(30分)。赤いフィールドは、観測範囲の上半分のガンマ線強度を示します。(d) (c)と同じですが、期間 (ii) (30 分) です。(e) (c)と同じですが、期間 (iii) (30 分) です。(f) (c)と同じですが、期間 (iv) (30 分) です。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。 図4:図3cと同じですが、測定時間は3s、5s、10s、15s、30s、60sです。ここでガンマ線画像は赤い領域で識別され、観測範囲の上位30%のガンマ線強度を示す。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。 図5:PET施設の受付前での環境モニタリングの代表的な結果(a)昼間のコンプトンカメラ(黒線)で測定したトリガレートの時間変動(5.6時間)。(b) (a)で 6200 s から 7000 s の間の期間に詳細なトリガレートを指定します。(c) 図4bの期間(i)(赤線)、(ii)(青線)、(iii)(黒線)の総エネルギースペクトル。(d) 511 keVガンマ線全方向性画像を一定期間(i)(2分)の光学画像に重ね合わせた。(e) (d)と同じですが、期間 (ii) (2 分) の場合。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。 図6:福島県川俣町での屋外測定結果(a)コンプトンカメラで測定したトリガレートの時間変動(黒実線)。(b) 図5aの期間(i)1分(青線)、(ii)10分(緑線)、(iii)20分(赤線)、(iv)30分(黒線)の総エネルギースペクトル。(c)光画像に重ね合わせた605、662、796 keVガンマ線の全方向性画像(i)(1分)。(d) (c)と同じですが、期間 (ii) (10 分) です。(e) (c)と同じですが、期間 (iii) (20 分)(f) (c)と同じですが、期間 (iv) (30 分) です。地表から1cmの高さでシンチレーション型測量計で測定された線量率値を比較のために図に示す。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。 この研究 前回の研究18 カウンター数 11 6 511 keVガンマ線の検出効率(cps/μSv/h)) 36 18 角解像度 σ (デグ)* 11 11 表1:現在および以前のComptonカメラシステムのパフォーマンス*角解像度は、検出器より1m先に22Na封入源(0.8MBq)の測定中に得られた511 keV全方向性ガンマ線画像から推定された。