放射能測定装置
【課題】遮蔽壁が不要であり、しかも従来に比して多種の放射性核種を測定可能な放射能測定装置を提供する。
【解決手段】
放射能測定装置１００は、静磁場磁石１０と、傾斜磁場電源２０と、送信部３０と、受信部４０と、シーケンス制御部５０と、情報処理ユニット６０とを備えている。静磁場中におかれた測定対象に対して、傾斜磁場電源２０から供給された電流により傾斜磁場を印加した状態で、送信部３０が周波数を切り替えながら高周波パルスを発生させ、これにより周波数を切り替えながら電磁波を測定対象に照射する。各周波数において、ＮＭＲ信号を受信部が受信し、このＮＭＲ信号に基づいて測定対象の断面画像を生成する。この断面画像における放射性核種の存在箇所を、放射性核種毎に定められた色で着色した画像を表示することで、測定対象における放射性核種の存在位置を示す。
【解決手段】
放射能測定装置１００は、静磁場磁石１０と、傾斜磁場電源２０と、送信部３０と、受信部４０と、シーケンス制御部５０と、情報処理ユニット６０とを備えている。静磁場中におかれた測定対象に対して、傾斜磁場電源２０から供給された電流により傾斜磁場を印加した状態で、送信部３０が周波数を切り替えながら高周波パルスを発生させ、これにより周波数を切り替えながら電磁波を測定対象に照射する。各周波数において、ＮＭＲ信号を受信部が受信し、このＮＭＲ信号に基づいて測定対象の断面画像を生成する。この断面画像における放射性核種の存在箇所を、放射性核種毎に定められた色で着色した画像を表示することで、測定対象における放射性核種の存在位置を示す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人及び食物等の測定対象における放射能を測定する放射能測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ホールボディカウンタ、シンチレーション検出器、半導体検出器等の放射能測定装置が知られている。従来の放射能測定装置は、測定対象から放出される電離放射線を直接検出器で受け、これにより放射線量を測定する。かかる従来の放射能測定装置は、放射線を直接検出する構成であるため、その測定結果が自然放射能の影響を非常に強く受ける。したがって、自然放射能による測定精度の低下を抑制する必要があるため、鉄又は鉛により構成された遮蔽壁により測定対象の周囲を覆った状態で測定が行われる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−４３４７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、従来の放射能測定装置にあっては、遮蔽壁を必要とする。遮蔽壁は鉄又は鉛により構成されており、しかも測定対象（例えば、人）の全体を覆う程の大きさが必要であるため、装置が非常に大型であり、重量が大きかった。また、従来の放射能測定装置では、特定の放射線（例えば、γ線）のみしか測定することができず、このため測定可能な放射性核種が限られていた（例えば、セシウム１３７及びヨウ素１３１）。２０１１年３月１１日に発生した福島第一原子力発電所事故により、人体及び食物等の放射能汚染が問題となっており、小型であり、しかも従来より多種の放射性核種を測定可能な放射能測定装置が要望されている。
【０００５】
本発明は、斯かる事情を鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、遮蔽壁が不要であり、しかも従来に比して多種の放射性核種を測定可能な放射能測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために、本発明の一の態様の放射能測定装置は、測定対象が置かれた空間に静磁場を発生させる静磁場発生部と、前記空間に傾斜磁場を発生させる傾斜磁場発生部と、測定対象に対して複数の周波数の電磁波を照射する電磁波照射部と、測定対象から発生する核磁気共鳴信号を検出する信号検出部と、前記傾斜磁場発生部、前記電磁波照射部、及び前記信号検出部を制御し、前記傾斜磁場発生部により傾斜磁場が発生されている間に、前記電磁波照射部に周波数を切り替えながら電磁波を照射させ、複数の周波数の電磁波それぞれが照射されたときに測定対象から発生する核磁気共鳴信号を前記信号検出部に検出させる制御部と、前記電磁波照射部により特定の放射性核種に対応する周波数の電磁波が照射されたときに前記信号検出部により検出された核磁気共鳴信号に基づいて、測定対象における前記特定の放射性核種の存在に関する情報を出力する出力部と、を備える。
【０００７】
この態様において、前記出力部は、測定対象における前記特定の放射性核種の存在に関する情報として、測定対象において前記特定の放射性核種が存在する量を示す指標を出力するように構成されていてもよい。
【０００８】
また、上記態様において、前記出力部は、前記信号検出部により検出された核磁気共鳴信号に基づいて、測定対象における前記特定の放射性核種の存在箇所を示す画像を出力するように構成されていてもよい。
【０００９】
また、上記態様において、前記制御部は、前記電磁波照射部に、放射性核種とは異なる特定の核種に対応する第１周波数と、特定の放射性核種に対応する第２周波数とを含む複数の周波数の電波のそれぞれを測定対象に照射させるように構成されており、前記放射能測定装置は、前記第１周波数の電磁波が照射されたときに前記信号検出部により検出された核磁気共鳴信号に基づいて、測定対象の断面画像を生成し、前記第２周波数の電磁波が照射されたときに前記信号検出部により検出された核磁気共鳴信号に基づいて、前記特定の放射線核種が存在する位置を示す位置情報を前記断面画像に付加する情報処理部をさらに備え、前記出力部は、前記情報処理部において生成された前記位置情報が付加された前記断面画像を出力するように構成されていてもよい。
【００１０】
また、上記態様において、前記制御部は、前記電磁波照射部に、前記第１周波数の電磁波として、プロトンのラーモア周波数の電磁波を測定対象に照射させるように構成されていてもよい。
【００１１】
また、上記態様において、前記制御部は、前記電磁波照射部に、複数の周波数の電磁波を、所定時間ずつ、時分割で測定対象に照射させるように構成されていてもよい。
【００１２】
また、上記態様において、前記制御部は、前記電磁波照射部に、アルファ線又はベータ線を放出する複数の放射性核種のそれぞれに対応する複数の周波数の電磁波を測定対象に照射させるように構成されていてもよい。
【００１３】
また、上記態様において、前記制御部は、前記電磁波照射部に、アルファ線を放出する放射性核種、ベータ線を放出する放射性核種、及びガンマ線を放出する放射性核種のそれぞれに対応する複数の周波数の電磁波を測定対象に照射させるように構成されていてもよい。
【００１４】
また、上記態様において、前記制御部は、陽子数及び中性子数が共に偶数の放射性核種の娘核種に対応する周波数の電磁波を測定対象に照射させるように構成されており、前記出力部は、前記娘核種の存在に関する情報を、その親核種の存在に関する情報として出力するように構成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る放射能測定装置によれば、遮蔽壁が不要であり、しかも従来に比して多種の放射性核種を測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態に係る放射能測定装置の構成を示すブロック図。
【図２】実施の形態に係る放射能測定装置が備える情報処理ユニットの構成を示すブロック図。
【図３】実施の形態に係る放射能測定装置の動作の手順を示すフローチャート。
【図４】実施の形態に係る放射能測定装置が出力する測定結果画面の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図を用いて本発明の実施形態について説明する。
【００１８】
［放射能測定装置の構成］
図１は、本実施の形態に係る放射能測定装置の構成を示すブロック図である。図に示すように、静磁場磁石１０と、傾斜磁場電源２０と、送信部３０と、受信部４０と、シーケンス制御部５０と、情報処理ユニット６０とを備えている。
【００１９】
静磁場磁石１０は、円筒形状をなしており、内側の測定空間に一様な静磁場を発生させる。静磁場磁石１０としては、永久磁石又は超電導磁石等が用いられる。
【００２０】
静磁場磁石１０の内側には、円筒形状をなす傾斜磁場コイル２１が配置されている。傾斜磁場コイル２１は、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の互いに直行する３軸のそれぞれに対応する３つのコイルにより構成されている。これらの３つのコイルにより、Ｘ方向傾斜磁場、Ｙ方向傾斜磁場、及びＺ方向傾斜磁場のそれぞれが発生される。傾斜磁場コイル２１には、傾斜磁場電源２０が接続されており、傾斜磁場コイル２１に電流を供給可能となっている。傾斜磁場電源２０から傾斜磁場コイル２１に電流が供給されることで、測定空間に傾斜磁場が形成される。
【００２１】
Ｘ方向傾斜磁場は、スライス選択用傾斜磁場であり、Ｙ方向傾斜磁場は、位相エンコード用傾斜磁場であり、Ｚ方向傾斜磁場は、周波数エンコード用傾斜磁場である。スライス選択用傾斜磁場は、撮像断面を決定するために用いられる。位相エンコード用傾斜磁場は、空間位置に応じてＮＭＲ信号（核磁気共鳴信号）の位相を変化させるために用いられる。周波数エンコード用傾斜磁場は、空間位置に応じてＮＭＲ信号の周波数を変化させるために用いられる。
【００２２】
傾斜磁場コイル２１の内側には、送信用ＲＦコイル３１が配置されている。かかる送信用ＲＦコイル３１には、送信部３０が接続されており、送信用ＲＦコイル３１に高周波パルスを供給可能となっている。送信部３０から高周波パルスが供給されることにより、送信用ＲＦコイル３１は高周波パルスに対応する周波数の電磁波を測定空間に発生する。送信部３０は、出力する高周波パルスの周波数を変更することが可能である。つまり、送信部３０は、複数の核種のラーモア周波数に対応する高周波パルスを出力することができる。
【００２３】
また、傾斜磁場コイル２１の内側には、受信用ＲＦコイル４１が配置されている。かかる受信用ＲＦコイル４１には、受信部４０が接続されている。送信用ＲＦコイル３１から高周波の電磁波が測定対象に照射されると、測定対象からＮＭＲ信号が発せられる。測定対象から発生したＮＭＲ信号は、受信用ＲＦコイル４１によって受信され、受信部４０に与えられる。受信部４０は、受信されたＮＭＲ信号を増幅し、アナログ−デジタル変換する。
【００２４】
傾斜磁場コイル２１の内側には、測定対象を載置するための架台７０が配置されいている。架台７０は、人が横臥することが可能な大きさである。架台７０に測定対象が配置された状態で、上述した傾斜磁場電源２０、送信部３０及び受信部４０が駆動され、測定対象から発せられたＮＭＲ信号が受信用ＲＦコイル４１により検出される。
【００２５】
シーケンス制御部５０は、情報処理ユニット６０から与えられた制御データに基づいて、シーケンス制御を実行し、傾斜磁場電源２０、送信部３０及び受信部４０を駆動する。これにより、測定対象のスキャンが行われる。なお、シーケンス制御部５０が実行するシーケンス制御には、スピンエコー法、グラディエントエコー法、ＥＰＩ（Echo Plana Imaging）法等の公知の撮影シーケンスが用いられる。受信部４０によってアナログ−デジタル変換されたＮＭＲ信号と、そのときの送信用ＲＦコイル３１から照射される電磁波の周波数（以下、「照射周波数」という。）を示す情報とを含む測定データがシーケンス制御部５０により生成され、前記測定データが情報処理ユニット６０に送信される。
【００２６】
図２は、情報処理ユニット６０の構成を示すブロック図である。情報処理ユニット６０は、コンピュータ６０ａによって実現される。図２に示すように、コンピュータ６０ａは、本体６１と、表示部６２と、入力部６３とを備えている。本体６１は、ＣＰＵ６１ａと、ＲＯＭ６１ｂ、ＲＡＭ６１ｃ、ハードディスク６１ｄ、読出装置６１ｅ、入出力インタフェース６１ｆ、及び画像出力インタフェース６１ｇを備えており、ＣＰＵ６１ａ、ＲＯＭ６１ｂ、ＲＡＭ６１ｃ、ハードディスク６１ｄ、読出装置６１ｅ、入出力インタフェース６１ｆ、および画像出力インタフェース６１ｇは、バス６１ｉによって接続されている。
【００２７】
ＣＰＵ６１ａは、ＲＡＭ６１ｃにロードされたコンピュータプログラムを実行することが可能である。そして、後述するデータ処理プログラム６４ａを当該ＣＰＵ６１ａが実行することにより、コンピュータ６０ａが情報処理ユニット６０として機能する。
【００２８】
ＲＯＭ６１ｂは、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、又はＥＥＰＲＯＭ等によって構成されており、ＣＰＵ６１ａに実行されるコンピュータプログラムおよびこれに用いるデータ等が記録されている。ＲＡＭ６１ｃは、ＳＲＡＭまたはＤＲＡＭ等によって構成されている。ＲＡＭ６１ｃは、ハードディスク６１ｄに記録されているコンピュータプログラムの読み出しに用いられる。また、ＣＰＵ６１ａがコンピュータプログラムを実行するときに、ＣＰＵ６１ａの作業領域として利用される。
【００２９】
ハードディスク６１ｄは、オペレーティングシステムおよびアプリケーションプログラム等、ＣＰＵ６１ａに実行させるための種々のコンピュータプログラムおよび当該コンピュータプログラムの実行に用いられるデータがインストールされている。データ処理プログラム６４ａも、このハードディスク６１ｄにインストールされている。
【００３０】
読出装置６１ｅは、フレキシブルディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、またはＤＶＤ−ＲＯＭドライブ等によって構成されており、可搬型記録媒体６４に記録されたコンピュータプログラムまたはデータを読み出すことができる。また、可搬型記録媒体６４には、データ処理プログラム６４ａが格納されており、コンピュータ６０ａが当該可搬型記録媒体６４からデータ処理プログラム６４ａを読み出し、当該データ処理プログラム６４ａをハードディスク６１ｄにインストールすることが可能である。
【００３１】
なお、データ処理プログラム６４ａは、可搬型記録媒体６４によって提供されるのみならず、電気通信回線（有線、無線を問わない）によってコンピュータ６０ａと通信可能に接続された外部の機器から前記電気通信回線を通じて提供することも可能である。例えば、データ処理プログラム６４ａがインターネット上のサーバコンピュータのハードディスク内に格納されており、このサーバコンピュータにコンピュータ６０ａがアクセスして、当該コンピュータプログラムをダウンロードし、これをハードディスク６１ｄにインストールすることも可能である。
【００３２】
また、ハードディスク６１ｄには、例えば米マイクロソフト社が製造販売するWindows（登録商標）等のマルチタスクオペレーティングシステムがインストールされている。以下の説明においては、本実施の形態に係るデータ処理プログラム６４ａは当該オペレーティングシステム上で動作するものとしている。
【００３３】
入出力インタフェース６１ｆは、例えばUSB，IEEE1394，又はRS-232C等のシリアルインタフェース、SCSI，IDE，又はIEEE1284等のパラレルインタフェース、およびＤ／Ａ変換器、Ａ／Ｄ変換器等からなるアナログインタフェース等から構成されている。入出力インタフェース６１ｆには、キーボードおよびマウスからなる入力部６３が接続されており、ユーザが当該入力部６３を使用することにより、コンピュータ６０ａにデータを入力することが可能である。
【００３４】
また、入出力インタフェース６１ｆには、前述したシーケンス制御部５０がデータ通信可能に接続されている。
【００３５】
画像出力インタフェース６１ｇは、ＬＣＤまたはＣＲＴ等で構成された表示部６２に接続されており、ＣＰＵ６１ａから与えられた画像データに応じた映像信号を表示部６２に出力するようになっている。表示部６２は、入力された映像信号にしたがって、画像（画面）を表示する。
【００３６】
かかる構成の情報処理ユニット６０は、シーケンス制御部５０がシーケンス制御を実行するための制御データを生成し、この制御データをシーケンス制御部５０に送信するようになっている。制御データは、傾斜磁場電源２０が傾斜磁場コイル２１に供給する電流の強さ及び電流供給のタイミング、送信部３０が送信用ＲＦコイル３１に供給する高周波パルスの周波数、強さ、及び供給タイミング、並びに受信部４０がＮＭＲ信号を検出するタイミング等を定義するデータである。かかる制御データに基づいてシーケンス制御部５０がシーケンス制御を実行し、その結果生成された測定データは、情報処理ユニット６０により受信される。情報処理ユニット６０は、この測定データに基づいて、測定結果画面を生成し、当該測定結果画面を表示部６２に表示させる。
【００３７】
［放射能測定装置の動作］
次に、本実施の形態に係る放射能測定装置１００の動作について説明する。
【００３８】
図３は、本実施の形態に係る放射能測定装置１００の動作の手順を示すフローチャートである。測定対象における放射能を測定する場合、オペレータは放射能測定装置１００の架台７０に測定対象を載置する。ここで、測定対象としては、架台７０に載置可能なサイズであれば、人でもよいし、食物等の人工物又は自然物でもよい（但し、電磁波を遮蔽する導電性材料等により構成された物は除く）。測定対象を架台７０に載置された状態で、オペレータは入力部６３を使用して、撮像する観察領域、撮像条件の設定、及び測定対象の情報（人の場合は氏名、物の場合は名称等）を情報処理ユニット６０に入力し、撮像開始の指示入力を行う。情報処理ユニット６０のＣＰＵ６１ａは、撮像開始の指示を受け付けると（ステップＳ１０１）、設定された観察領域及び撮像条件に基づいて、シーケンス制御部５０に与える制御データを生成し（ステップＳ１０２）、当該制御データをシーケンス制御部５０へ送信する（ステップＳ１０３）。
【００３９】
シーケンス制御部５０は、制御データを受信し（ステップＳ２０１）、受信した制御データに定義されている条件で、傾斜磁場電源２０を駆動する（ステップＳ２０２）。これにより、傾斜磁場電源２０から傾斜磁場コイル２１に電流が供給され、測定対象が配置された測定空間に傾斜磁場が形成される。
【００４０】
次にシーケンス制御部５０は、送信用ＲＦコイル３１から発生される電磁波の照射周波数を、初期値に設定する（ステップＳ２０３）。この初期値は、照射周波数のうちの最低値であり、測定対象の核種のうちで最も小さいラーモア周波数とする。
【００４１】
シーケンス制御部５０は、送信部３０を制御して、設定された照射周波数の高周波パルスを送信用ＲＦコイル３１へＴ秒間だけ供給させる（ステップＳ２０４）。これにより、送信用ＲＦコイル３１が照射周波数の電磁波を測定対象にＴ秒間照射する。
【００４２】
原子核は陽子及び中性子から構成され、全体でスピンを行っているとみなされる。例えば、水素原子核であるプロトン（１個の陽子）は、スピン量子数１／２で現される回転を行っている。原子核がスピンすることで、原子核内に分布する正電荷が回転し、磁気モーメントμが発生する。磁性方向がバラバラの複数の原子核が存在している空間に静磁場Ｂが印加されると、それぞれの原子核が静磁場の方向に揃えられる。このとき、各原子核は、静磁場の軸の周りを磁場強度Ｂに比例したラーモア周波数ω（次式参照）で歳差運動を行う。
ω＝γＢ
ここで、γは磁気回転比を示しており、プロトンの場合は４２．５８ＭＨｚ／Ｔである。また、例えばテクネチウム９９の磁気回転比γは、約９．７ＭＨｚ／Ｔである。
【００４３】
この状態の原子核に対し、周波数ωの電磁波を照射すると、核磁気共鳴現象が生じ、原子核のエネルギー状態が高くなる。但し、ラーモア周波数は核種に固有の周波数であり、プロトンのラーモア周波数の電磁波を他の核種の原子核に照射しても、核磁気共鳴現象は生じない。つまり、印加された電磁波の周波数に対応する特定の原子核のみが共鳴することになる。
【００４４】
この状態から電磁波の印加を停止すると、高いエネルギー準位に遷移された原子核は、緩和時間と呼ばれる時定数で定まる時間の後に元のエネルギー準位に戻る。このとき、原子核から角周波数ωの核磁気共鳴信号が放出される。緩和時間には、縦緩和時間（スピン−格子緩和時間）Ｔ１と、横緩和時間（スピン−スピン緩和時間）Ｔ２とがある。上述したように傾斜磁場には、スライス選択用傾斜磁場、位相エンコード用傾斜磁場、及び周波数エンコード用傾斜磁場の直交する３方向の傾斜磁場があり、これらの傾斜磁場によりＮＭＲ信号がエンコードされる。
【００４５】
測定対象から発生したＮＭＲ信号は、受信用ＲＦコイル４１によって受信される。受信部４０は、このＮＭＲ信号を増幅し、デジタル信号に変換した後、シーケンス制御部５０に送信する。シーケンス制御部５０は、ＮＭＲ信号を受け付け（ステップＳ２０５）、その時点における照射周波数を含む撮像条件のデータをＮＭＲ信号に付加して測定データを生成し、当該測定データを情報処理ユニット６０へ送信する（ステップＳ２０６）。
【００４６】
続いて、シーケンス制御部５０は、設定されている照射周波数が、照射周波数として取り得る値の最大値であるか否かを判別し（ステップＳ２０７）、最大値でない場合には（ステップＳ２０７においてＮＯ）、その時点での照射周波数を所定値だけ増加させた周波数を、新たな照射周波数として設定する（ステップＳ２０８）。このときの周波数の増加量は、例えば１ＭＨｚである。その後、シーケンス制御部５０は、処理をステップＳ２０４へ移し、新たな照射周波数の電磁波を測定対象にＴ秒間照射する（ステップＳ２０４）。
【００４７】
このようにして、測定対象には照射周波数を増加させながら、順次電磁波が時分割で照射される。上述したように、核種毎にラーモア周波数が異なっており、照射周波数が変更される間に、複数の放射性核種のラーモア周波数の電磁波が測定対象に照射される。本実施の形態では、キセノン１３５、ジルコニウム９３、セシウム１３７、テクネチウム９９、ヨウ素１３１、プロメチウム１４７を含む複数の放射性核種のラーモア周波数が照射周波数として設定されるようになっている。
【００４８】
特に、テクネチウム９９のようなベータ線を放射する核種にあっては、従来の放射能測定装置では検出することが難しく、簡便に検出することができれば非常に有用性が高い。また、アルファ線を放射する核種についても同様であるため、例えば、プルトニウム２３９，２４０のようなアルファ線放出核種に対応するラーモア周波数を照射周波数として設定することも有用である。
【００４９】
また、ストロンチウム９０のような、陽子数と中性子数とが共に偶数の核種では、核スピンが０であり、ＮＭＲ信号が発生しない。したがって、このような核種の場合には、娘核種を測定することで、間接的に測定可能である。例えば、ストロンチウム９０の娘核種はイットリウム９０であり、このイットリウム９０のラーモア周波数を照射周波数として設定することで、間接的にストロンチウム９０を測定可能である。
【００５０】
ステップＳ２０７において、設定されている照射周波数が最大値である場合には（ステップＳ２０７においてＹＥＳ）、シーケンス制御部５０は、処理を終了する。
【００５１】
情報処理ユニット６０は、シーケンス制御部５０から送信された測定データを受信する（ステップＳ１０４）。ＣＰＵ６１ａが測定データを受け付け、測定データに含まれるＮＭＲ信号に対してフーリエ変換を実行し、この処理結果に基づいて測定対象の断面撮像画像を生成する（ステップＳ１０５）。
【００５２】
ここで、上述した照射周波数として、プロトン及びカーボン１３（放射性核種以外の核種）のラーモア周波数も設定される。人又は食物等の水素原子が多く含まれている測定対象の場合には、プロトンのラーモア周波数に対応するＮＭＲ信号により、測定対象の断面画像が生成される。また、炭素が多く含まれている測定対象の場合には、カーボン１３のラーモア周波数に対応するＮＭＲ信号により、測定対象の断面画像が生成される。さらに、放射性核種のラーモア周波数に対応するＮＭＲ信号に基づいて、当該核種の原子が存在する位置が特定され、測定対象の断面画像に放射性核種の原子の位置情報が付加される。
【００５３】
ＣＰＵ６１ａは、このようにして生成された撮像画像を含む測定結果画面を表示部６２に表示させ（ステップＳ１０６）、処理を終了する。
【００５４】
図４は、測定結果画面の一例を示す図である。図に示すように、測定結果画面８０の最上部には、測定対象の情報８１、例えば、測定対象が人の場合には氏名、測定対象が物である場合にはその物の名称等が表示される。また、測定対象の情報の下方には測定日時８２が表示される。かかる測定対象の情報８１及び測定日時８２の下方には、測定対象から検出された放射性核種の情報が表示される領域８３が設けられる。この領域８３には、複数の放射線核種（検出対象の放射線核種）毎に、検出量が示される。この検出量は、単位重量当たりの放射能の量を示す単位であるＢｑ／ｋｇにより表記される。また、「不検出」の表示は、検出結果が検出限界を下回ったことを示している。
【００５５】
領域８３の右方には、撮像画像８４が表示される。撮像画像８４は、測定対象の断面画像に、放射性核種の原子の検出情報が付加されたものである。具体的には、測定対象の断面画像において放射性核種の原子が検出された範囲が、その位置で検出された放射性核種を示す色で表示される。例えば、セシウム１３７に対応する色として青色が、ヨウ素１３１に対応する色として黄色が、ストロンチウム９０に対応する色として赤色がそれぞれ設定されている。測定対象の断面画像においてセシウム１３７が検出された範囲は青色に着色されている。同様に、測定対象の断面画像においてヨウ素１３１が検出された範囲は黄色に着色され、ストロンチウム９０が検出された範囲は赤色に着色されている。また、撮像画像８４の右方には、各放射線核種が対応する色が凡例として示されている。これにより、測定対象のどの部分にどの放射性核種が存在するかが、容易に把握される。
【００５６】
ここで、ストロンチウム９０は、上述したように陽子数と中性子数とが共に偶数の核種であるため、直接測定することができない。本実施の形態では、測定対象の断面画像においてイットリウム９０が検出された箇所を、ストロンチウム９０に対応する赤色で着色している。つまり、ストロンチウム９０の娘核種であるイットリウム９０の測定結果を、親核種であるストロンチウム９０の測定結果として表示している。ストロンチウム９０の発生直後はイットリウム９０が殆ど発生していないが、１ヶ月程度経過すると放射平衡に達し、ストロンチウム９０の量に対して約３９００分の１のイットリウム９０が定常的に含まれるようになる。すなわち、イットリウム９０の測定値を約３９００倍することで、ストロンチウム９０の測定値が得られる。これにより、直接測定することができないストロンチウム９０についても、その測定対象における存在位置及び存在量をユーザに提示することができる。
【００５７】
また、撮像画像８４おいては、放射性核種の密度が高い部分が濃い色として、放射性核種の密度が低い部分を淡い色として表示される。つまり、放射性核種の密度の高低に応じて、当該放射性核種に対応する色が濃淡表示される。これにより、どの部位で放射性核種の存在密度が高く、どの部位で放射性核種の存在密度が低いかが容易に把握される。
【００５８】
上述した如く構成したことにより、本実施の形態に係る放射能測定装置１００は、ガンマ線以外の放射線を放出する核種を簡便に検出することが可能である。また、本実施の形態に係る放射能測定装置１００は、放射線量を直接検出するのではなく、放射性核種の原子を検出する構成であるため、放射線量が微弱である場合にも精度よく放射能を測定することができ、さらに外部の放射線を遮蔽するための遮蔽壁を設ける必要もない。
【００５９】
また、本実施の形態に係る放射能測定装置１００は、測定対象の汚染部位、即ち、放射性核種が存在する位置を特定し、その位置を示す撮像画像を表示する。このため、オペレータは測定対象の汚染部位を容易に把握することができる。例えば、人の体内に存在している放射性核種の量及び存在位置を撮像画像から容易に把握することができる。また、食物が放射能汚染されている場合には、食物において汚染されている部位を特定することができるため、食物から汚染部位を取り除き、出荷する等の対応が可能である。
【００６０】
また、本実施の形態に係る放射能測定装置１００は、電磁波を遮蔽する物でなければ、どのような物でも測定可能である。人だけでなく、例えば、肉、野菜、米、牛乳等の食物も測定可能である。水又は牛乳のような液体、又は空気等の気体については、容器に収容した状態であれば、架台７０に載置することができ、測定可能である。
【００６１】
放射能汚染は微量であることが多く、従来の放射能測定装置では、十分な精度を確保した測定結果を得るために、長時間測定する必要があった。これに対し本実施の形態に係る放射能測定装置１００によれば、放射能を直接測定する構成ではないため短時間に測定することが可能であり、また、放射線の量に関係なく常に一定の測定時間で高精度な測定結果を得ることが可能である。また、半減期が非常に長い放射性核種では、放射線の放出が微量であるため、従来の放射能測定装置では、十分な精度を確保した測定結果を得るために、長時間測定する必要があった。本実施の形態に係る放射能測定装置１００によれば、このような放射性核種についても、短時間で精度よく測定することができる。
【００６２】
（その他の実施の形態）
なお、上述した実施の形態においては、一定量ずつ照射周波数を増加させながら、各照射周波数の電磁波を測定対象に照射する構成について述べたが、これに限定されるものではない。検査対象の核種のラーモア周波数のみを照射周波数として設定可能とし、一の核種のラーモア周波数を照射周波数として電磁波を測定対象に照射した後、照射周波数を他の核種のラーモア周波数に切り替え、この照射周波数の電磁波を測定対象に照射する構成とすることもできる。この場合、何の核種のラーモア周波数にも対応しない照射周波数が設定されることがなく、より効率的な測定が可能となる。
【００６３】
また、上述した実施の形態においては、自動的に照射周波数を切り替えて、測定対象を測定する構成について述べたが、これに限定されるものではない。例えば、オペレータが撮像開始の指示を放射能測定装置に与えるときに、検査対象の核種を指定し、指定された核種に対応するラーモア周波数を照射周波数として設定し、測定対象における指定された核種の存在量及び存在位置を検出する構成とすることもできる。この場合、一回の測定につき１つの核種のみを指定するようにしてもよいし、一回の測定につき複数の核種を検査対象として指定するようにしてもよい。
【００６４】
また、上述した実施の形態においては、測定結果画面において、検出された放射性核種について、単位重量あたりの放射能の量を表示する構成について述べたが、これに限定されるものではない。例えば、放射性核種の原子数を示す情報等、放射性核種の量を示す情報を表示する構成としてもよい。また、検出された放射性核種についての単位重量あたりの放射能の量のような数値情報を表示せず、撮像画像のみを表示する構成とすることもできる。また、複数の断面の撮像画像を生成し、複数の撮像画像を１画面に表示することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明の放射能測定装置は、人及び食物等の測定対象における放射能を測定する放射能測定装置として有用である。
【符号の説明】
【００６６】
１００ 放射能測定装置
１０ 静磁場磁石
２０ 傾斜磁場電源
２１ 傾斜磁場コイル
３０ 送信部
３１ 送信用ＲＦコイル
４０ 受信部
４１ 受信用ＲＦコイル
５０ シーケンス制御部
６０ 情報処理ユニット
６１ａ ＣＰＵ
６１ｃ ＲＡＭ
６１ｄ ハードディスク
６２ 表示部
６３ 入力部
６４ 可搬型記録媒体
６４ａ データ処理プログラム
７０ 架台
８０ 測定結果画面
８４ 撮像画像
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人及び食物等の測定対象における放射能を測定する放射能測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ホールボディカウンタ、シンチレーション検出器、半導体検出器等の放射能測定装置が知られている。従来の放射能測定装置は、測定対象から放出される電離放射線を直接検出器で受け、これにより放射線量を測定する。かかる従来の放射能測定装置は、放射線を直接検出する構成であるため、その測定結果が自然放射能の影響を非常に強く受ける。したがって、自然放射能による測定精度の低下を抑制する必要があるため、鉄又は鉛により構成された遮蔽壁により測定対象の周囲を覆った状態で測定が行われる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−４３４７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、従来の放射能測定装置にあっては、遮蔽壁を必要とする。遮蔽壁は鉄又は鉛により構成されており、しかも測定対象（例えば、人）の全体を覆う程の大きさが必要であるため、装置が非常に大型であり、重量が大きかった。また、従来の放射能測定装置では、特定の放射線（例えば、γ線）のみしか測定することができず、このため測定可能な放射性核種が限られていた（例えば、セシウム１３７及びヨウ素１３１）。２０１１年３月１１日に発生した福島第一原子力発電所事故により、人体及び食物等の放射能汚染が問題となっており、小型であり、しかも従来より多種の放射性核種を測定可能な放射能測定装置が要望されている。
【０００５】
本発明は、斯かる事情を鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、遮蔽壁が不要であり、しかも従来に比して多種の放射性核種を測定可能な放射能測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために、本発明の一の態様の放射能測定装置は、測定対象が置かれた空間に静磁場を発生させる静磁場発生部と、前記空間に傾斜磁場を発生させる傾斜磁場発生部と、測定対象に対して複数の周波数の電磁波を照射する電磁波照射部と、測定対象から発生する核磁気共鳴信号を検出する信号検出部と、前記傾斜磁場発生部、前記電磁波照射部、及び前記信号検出部を制御し、前記傾斜磁場発生部により傾斜磁場が発生されている間に、前記電磁波照射部に周波数を切り替えながら電磁波を照射させ、複数の周波数の電磁波それぞれが照射されたときに測定対象から発生する核磁気共鳴信号を前記信号検出部に検出させる制御部と、前記電磁波照射部により特定の放射性核種に対応する周波数の電磁波が照射されたときに前記信号検出部により検出された核磁気共鳴信号に基づいて、測定対象における前記特定の放射性核種の存在に関する情報を出力する出力部と、を備える。
【０００７】
この態様において、前記出力部は、測定対象における前記特定の放射性核種の存在に関する情報として、測定対象において前記特定の放射性核種が存在する量を示す指標を出力するように構成されていてもよい。
【０００８】
また、上記態様において、前記出力部は、前記信号検出部により検出された核磁気共鳴信号に基づいて、測定対象における前記特定の放射性核種の存在箇所を示す画像を出力するように構成されていてもよい。
【０００９】
また、上記態様において、前記制御部は、前記電磁波照射部に、放射性核種とは異なる特定の核種に対応する第１周波数と、特定の放射性核種に対応する第２周波数とを含む複数の周波数の電波のそれぞれを測定対象に照射させるように構成されており、前記放射能測定装置は、前記第１周波数の電磁波が照射されたときに前記信号検出部により検出された核磁気共鳴信号に基づいて、測定対象の断面画像を生成し、前記第２周波数の電磁波が照射されたときに前記信号検出部により検出された核磁気共鳴信号に基づいて、前記特定の放射線核種が存在する位置を示す位置情報を前記断面画像に付加する情報処理部をさらに備え、前記出力部は、前記情報処理部において生成された前記位置情報が付加された前記断面画像を出力するように構成されていてもよい。
【００１０】
また、上記態様において、前記制御部は、前記電磁波照射部に、前記第１周波数の電磁波として、プロトンのラーモア周波数の電磁波を測定対象に照射させるように構成されていてもよい。
【００１１】
また、上記態様において、前記制御部は、前記電磁波照射部に、複数の周波数の電磁波を、所定時間ずつ、時分割で測定対象に照射させるように構成されていてもよい。
【００１２】
また、上記態様において、前記制御部は、前記電磁波照射部に、アルファ線又はベータ線を放出する複数の放射性核種のそれぞれに対応する複数の周波数の電磁波を測定対象に照射させるように構成されていてもよい。
【００１３】
また、上記態様において、前記制御部は、前記電磁波照射部に、アルファ線を放出する放射性核種、ベータ線を放出する放射性核種、及びガンマ線を放出する放射性核種のそれぞれに対応する複数の周波数の電磁波を測定対象に照射させるように構成されていてもよい。
【００１４】
また、上記態様において、前記制御部は、陽子数及び中性子数が共に偶数の放射性核種の娘核種に対応する周波数の電磁波を測定対象に照射させるように構成されており、前記出力部は、前記娘核種の存在に関する情報を、その親核種の存在に関する情報として出力するように構成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る放射能測定装置によれば、遮蔽壁が不要であり、しかも従来に比して多種の放射性核種を測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態に係る放射能測定装置の構成を示すブロック図。
【図２】実施の形態に係る放射能測定装置が備える情報処理ユニットの構成を示すブロック図。
【図３】実施の形態に係る放射能測定装置の動作の手順を示すフローチャート。
【図４】実施の形態に係る放射能測定装置が出力する測定結果画面の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図を用いて本発明の実施形態について説明する。
【００１８】
［放射能測定装置の構成］
図１は、本実施の形態に係る放射能測定装置の構成を示すブロック図である。図に示すように、静磁場磁石１０と、傾斜磁場電源２０と、送信部３０と、受信部４０と、シーケンス制御部５０と、情報処理ユニット６０とを備えている。
【００１９】
静磁場磁石１０は、円筒形状をなしており、内側の測定空間に一様な静磁場を発生させる。静磁場磁石１０としては、永久磁石又は超電導磁石等が用いられる。
【００２０】
静磁場磁石１０の内側には、円筒形状をなす傾斜磁場コイル２１が配置されている。傾斜磁場コイル２１は、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の互いに直行する３軸のそれぞれに対応する３つのコイルにより構成されている。これらの３つのコイルにより、Ｘ方向傾斜磁場、Ｙ方向傾斜磁場、及びＺ方向傾斜磁場のそれぞれが発生される。傾斜磁場コイル２１には、傾斜磁場電源２０が接続されており、傾斜磁場コイル２１に電流を供給可能となっている。傾斜磁場電源２０から傾斜磁場コイル２１に電流が供給されることで、測定空間に傾斜磁場が形成される。
【００２１】
Ｘ方向傾斜磁場は、スライス選択用傾斜磁場であり、Ｙ方向傾斜磁場は、位相エンコード用傾斜磁場であり、Ｚ方向傾斜磁場は、周波数エンコード用傾斜磁場である。スライス選択用傾斜磁場は、撮像断面を決定するために用いられる。位相エンコード用傾斜磁場は、空間位置に応じてＮＭＲ信号（核磁気共鳴信号）の位相を変化させるために用いられる。周波数エンコード用傾斜磁場は、空間位置に応じてＮＭＲ信号の周波数を変化させるために用いられる。
【００２２】
傾斜磁場コイル２１の内側には、送信用ＲＦコイル３１が配置されている。かかる送信用ＲＦコイル３１には、送信部３０が接続されており、送信用ＲＦコイル３１に高周波パルスを供給可能となっている。送信部３０から高周波パルスが供給されることにより、送信用ＲＦコイル３１は高周波パルスに対応する周波数の電磁波を測定空間に発生する。送信部３０は、出力する高周波パルスの周波数を変更することが可能である。つまり、送信部３０は、複数の核種のラーモア周波数に対応する高周波パルスを出力することができる。
【００２３】
また、傾斜磁場コイル２１の内側には、受信用ＲＦコイル４１が配置されている。かかる受信用ＲＦコイル４１には、受信部４０が接続されている。送信用ＲＦコイル３１から高周波の電磁波が測定対象に照射されると、測定対象からＮＭＲ信号が発せられる。測定対象から発生したＮＭＲ信号は、受信用ＲＦコイル４１によって受信され、受信部４０に与えられる。受信部４０は、受信されたＮＭＲ信号を増幅し、アナログ−デジタル変換する。
【００２４】
傾斜磁場コイル２１の内側には、測定対象を載置するための架台７０が配置されいている。架台７０は、人が横臥することが可能な大きさである。架台７０に測定対象が配置された状態で、上述した傾斜磁場電源２０、送信部３０及び受信部４０が駆動され、測定対象から発せられたＮＭＲ信号が受信用ＲＦコイル４１により検出される。
【００２５】
シーケンス制御部５０は、情報処理ユニット６０から与えられた制御データに基づいて、シーケンス制御を実行し、傾斜磁場電源２０、送信部３０及び受信部４０を駆動する。これにより、測定対象のスキャンが行われる。なお、シーケンス制御部５０が実行するシーケンス制御には、スピンエコー法、グラディエントエコー法、ＥＰＩ（Echo Plana Imaging）法等の公知の撮影シーケンスが用いられる。受信部４０によってアナログ−デジタル変換されたＮＭＲ信号と、そのときの送信用ＲＦコイル３１から照射される電磁波の周波数（以下、「照射周波数」という。）を示す情報とを含む測定データがシーケンス制御部５０により生成され、前記測定データが情報処理ユニット６０に送信される。
【００２６】
図２は、情報処理ユニット６０の構成を示すブロック図である。情報処理ユニット６０は、コンピュータ６０ａによって実現される。図２に示すように、コンピュータ６０ａは、本体６１と、表示部６２と、入力部６３とを備えている。本体６１は、ＣＰＵ６１ａと、ＲＯＭ６１ｂ、ＲＡＭ６１ｃ、ハードディスク６１ｄ、読出装置６１ｅ、入出力インタフェース６１ｆ、及び画像出力インタフェース６１ｇを備えており、ＣＰＵ６１ａ、ＲＯＭ６１ｂ、ＲＡＭ６１ｃ、ハードディスク６１ｄ、読出装置６１ｅ、入出力インタフェース６１ｆ、および画像出力インタフェース６１ｇは、バス６１ｉによって接続されている。
【００２７】
ＣＰＵ６１ａは、ＲＡＭ６１ｃにロードされたコンピュータプログラムを実行することが可能である。そして、後述するデータ処理プログラム６４ａを当該ＣＰＵ６１ａが実行することにより、コンピュータ６０ａが情報処理ユニット６０として機能する。
【００２８】
ＲＯＭ６１ｂは、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、又はＥＥＰＲＯＭ等によって構成されており、ＣＰＵ６１ａに実行されるコンピュータプログラムおよびこれに用いるデータ等が記録されている。ＲＡＭ６１ｃは、ＳＲＡＭまたはＤＲＡＭ等によって構成されている。ＲＡＭ６１ｃは、ハードディスク６１ｄに記録されているコンピュータプログラムの読み出しに用いられる。また、ＣＰＵ６１ａがコンピュータプログラムを実行するときに、ＣＰＵ６１ａの作業領域として利用される。
【００２９】
ハードディスク６１ｄは、オペレーティングシステムおよびアプリケーションプログラム等、ＣＰＵ６１ａに実行させるための種々のコンピュータプログラムおよび当該コンピュータプログラムの実行に用いられるデータがインストールされている。データ処理プログラム６４ａも、このハードディスク６１ｄにインストールされている。
【００３０】
読出装置６１ｅは、フレキシブルディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、またはＤＶＤ−ＲＯＭドライブ等によって構成されており、可搬型記録媒体６４に記録されたコンピュータプログラムまたはデータを読み出すことができる。また、可搬型記録媒体６４には、データ処理プログラム６４ａが格納されており、コンピュータ６０ａが当該可搬型記録媒体６４からデータ処理プログラム６４ａを読み出し、当該データ処理プログラム６４ａをハードディスク６１ｄにインストールすることが可能である。
【００３１】
なお、データ処理プログラム６４ａは、可搬型記録媒体６４によって提供されるのみならず、電気通信回線（有線、無線を問わない）によってコンピュータ６０ａと通信可能に接続された外部の機器から前記電気通信回線を通じて提供することも可能である。例えば、データ処理プログラム６４ａがインターネット上のサーバコンピュータのハードディスク内に格納されており、このサーバコンピュータにコンピュータ６０ａがアクセスして、当該コンピュータプログラムをダウンロードし、これをハードディスク６１ｄにインストールすることも可能である。
【００３２】
また、ハードディスク６１ｄには、例えば米マイクロソフト社が製造販売するWindows（登録商標）等のマルチタスクオペレーティングシステムがインストールされている。以下の説明においては、本実施の形態に係るデータ処理プログラム６４ａは当該オペレーティングシステム上で動作するものとしている。
【００３３】
入出力インタフェース６１ｆは、例えばUSB，IEEE1394，又はRS-232C等のシリアルインタフェース、SCSI，IDE，又はIEEE1284等のパラレルインタフェース、およびＤ／Ａ変換器、Ａ／Ｄ変換器等からなるアナログインタフェース等から構成されている。入出力インタフェース６１ｆには、キーボードおよびマウスからなる入力部６３が接続されており、ユーザが当該入力部６３を使用することにより、コンピュータ６０ａにデータを入力することが可能である。
【００３４】
また、入出力インタフェース６１ｆには、前述したシーケンス制御部５０がデータ通信可能に接続されている。
【００３５】
画像出力インタフェース６１ｇは、ＬＣＤまたはＣＲＴ等で構成された表示部６２に接続されており、ＣＰＵ６１ａから与えられた画像データに応じた映像信号を表示部６２に出力するようになっている。表示部６２は、入力された映像信号にしたがって、画像（画面）を表示する。
【００３６】
かかる構成の情報処理ユニット６０は、シーケンス制御部５０がシーケンス制御を実行するための制御データを生成し、この制御データをシーケンス制御部５０に送信するようになっている。制御データは、傾斜磁場電源２０が傾斜磁場コイル２１に供給する電流の強さ及び電流供給のタイミング、送信部３０が送信用ＲＦコイル３１に供給する高周波パルスの周波数、強さ、及び供給タイミング、並びに受信部４０がＮＭＲ信号を検出するタイミング等を定義するデータである。かかる制御データに基づいてシーケンス制御部５０がシーケンス制御を実行し、その結果生成された測定データは、情報処理ユニット６０により受信される。情報処理ユニット６０は、この測定データに基づいて、測定結果画面を生成し、当該測定結果画面を表示部６２に表示させる。
【００３７】
［放射能測定装置の動作］
次に、本実施の形態に係る放射能測定装置１００の動作について説明する。
【００３８】
図３は、本実施の形態に係る放射能測定装置１００の動作の手順を示すフローチャートである。測定対象における放射能を測定する場合、オペレータは放射能測定装置１００の架台７０に測定対象を載置する。ここで、測定対象としては、架台７０に載置可能なサイズであれば、人でもよいし、食物等の人工物又は自然物でもよい（但し、電磁波を遮蔽する導電性材料等により構成された物は除く）。測定対象を架台７０に載置された状態で、オペレータは入力部６３を使用して、撮像する観察領域、撮像条件の設定、及び測定対象の情報（人の場合は氏名、物の場合は名称等）を情報処理ユニット６０に入力し、撮像開始の指示入力を行う。情報処理ユニット６０のＣＰＵ６１ａは、撮像開始の指示を受け付けると（ステップＳ１０１）、設定された観察領域及び撮像条件に基づいて、シーケンス制御部５０に与える制御データを生成し（ステップＳ１０２）、当該制御データをシーケンス制御部５０へ送信する（ステップＳ１０３）。
【００３９】
シーケンス制御部５０は、制御データを受信し（ステップＳ２０１）、受信した制御データに定義されている条件で、傾斜磁場電源２０を駆動する（ステップＳ２０２）。これにより、傾斜磁場電源２０から傾斜磁場コイル２１に電流が供給され、測定対象が配置された測定空間に傾斜磁場が形成される。
【００４０】
次にシーケンス制御部５０は、送信用ＲＦコイル３１から発生される電磁波の照射周波数を、初期値に設定する（ステップＳ２０３）。この初期値は、照射周波数のうちの最低値であり、測定対象の核種のうちで最も小さいラーモア周波数とする。
【００４１】
シーケンス制御部５０は、送信部３０を制御して、設定された照射周波数の高周波パルスを送信用ＲＦコイル３１へＴ秒間だけ供給させる（ステップＳ２０４）。これにより、送信用ＲＦコイル３１が照射周波数の電磁波を測定対象にＴ秒間照射する。
【００４２】
原子核は陽子及び中性子から構成され、全体でスピンを行っているとみなされる。例えば、水素原子核であるプロトン（１個の陽子）は、スピン量子数１／２で現される回転を行っている。原子核がスピンすることで、原子核内に分布する正電荷が回転し、磁気モーメントμが発生する。磁性方向がバラバラの複数の原子核が存在している空間に静磁場Ｂが印加されると、それぞれの原子核が静磁場の方向に揃えられる。このとき、各原子核は、静磁場の軸の周りを磁場強度Ｂに比例したラーモア周波数ω（次式参照）で歳差運動を行う。
ω＝γＢ
ここで、γは磁気回転比を示しており、プロトンの場合は４２．５８ＭＨｚ／Ｔである。また、例えばテクネチウム９９の磁気回転比γは、約９．７ＭＨｚ／Ｔである。
【００４３】
この状態の原子核に対し、周波数ωの電磁波を照射すると、核磁気共鳴現象が生じ、原子核のエネルギー状態が高くなる。但し、ラーモア周波数は核種に固有の周波数であり、プロトンのラーモア周波数の電磁波を他の核種の原子核に照射しても、核磁気共鳴現象は生じない。つまり、印加された電磁波の周波数に対応する特定の原子核のみが共鳴することになる。
【００４４】
この状態から電磁波の印加を停止すると、高いエネルギー準位に遷移された原子核は、緩和時間と呼ばれる時定数で定まる時間の後に元のエネルギー準位に戻る。このとき、原子核から角周波数ωの核磁気共鳴信号が放出される。緩和時間には、縦緩和時間（スピン−格子緩和時間）Ｔ１と、横緩和時間（スピン−スピン緩和時間）Ｔ２とがある。上述したように傾斜磁場には、スライス選択用傾斜磁場、位相エンコード用傾斜磁場、及び周波数エンコード用傾斜磁場の直交する３方向の傾斜磁場があり、これらの傾斜磁場によりＮＭＲ信号がエンコードされる。
【００４５】
測定対象から発生したＮＭＲ信号は、受信用ＲＦコイル４１によって受信される。受信部４０は、このＮＭＲ信号を増幅し、デジタル信号に変換した後、シーケンス制御部５０に送信する。シーケンス制御部５０は、ＮＭＲ信号を受け付け（ステップＳ２０５）、その時点における照射周波数を含む撮像条件のデータをＮＭＲ信号に付加して測定データを生成し、当該測定データを情報処理ユニット６０へ送信する（ステップＳ２０６）。
【００４６】
続いて、シーケンス制御部５０は、設定されている照射周波数が、照射周波数として取り得る値の最大値であるか否かを判別し（ステップＳ２０７）、最大値でない場合には（ステップＳ２０７においてＮＯ）、その時点での照射周波数を所定値だけ増加させた周波数を、新たな照射周波数として設定する（ステップＳ２０８）。このときの周波数の増加量は、例えば１ＭＨｚである。その後、シーケンス制御部５０は、処理をステップＳ２０４へ移し、新たな照射周波数の電磁波を測定対象にＴ秒間照射する（ステップＳ２０４）。
【００４７】
このようにして、測定対象には照射周波数を増加させながら、順次電磁波が時分割で照射される。上述したように、核種毎にラーモア周波数が異なっており、照射周波数が変更される間に、複数の放射性核種のラーモア周波数の電磁波が測定対象に照射される。本実施の形態では、キセノン１３５、ジルコニウム９３、セシウム１３７、テクネチウム９９、ヨウ素１３１、プロメチウム１４７を含む複数の放射性核種のラーモア周波数が照射周波数として設定されるようになっている。
【００４８】
特に、テクネチウム９９のようなベータ線を放射する核種にあっては、従来の放射能測定装置では検出することが難しく、簡便に検出することができれば非常に有用性が高い。また、アルファ線を放射する核種についても同様であるため、例えば、プルトニウム２３９，２４０のようなアルファ線放出核種に対応するラーモア周波数を照射周波数として設定することも有用である。
【００４９】
また、ストロンチウム９０のような、陽子数と中性子数とが共に偶数の核種では、核スピンが０であり、ＮＭＲ信号が発生しない。したがって、このような核種の場合には、娘核種を測定することで、間接的に測定可能である。例えば、ストロンチウム９０の娘核種はイットリウム９０であり、このイットリウム９０のラーモア周波数を照射周波数として設定することで、間接的にストロンチウム９０を測定可能である。
【００５０】
ステップＳ２０７において、設定されている照射周波数が最大値である場合には（ステップＳ２０７においてＹＥＳ）、シーケンス制御部５０は、処理を終了する。
【００５１】
情報処理ユニット６０は、シーケンス制御部５０から送信された測定データを受信する（ステップＳ１０４）。ＣＰＵ６１ａが測定データを受け付け、測定データに含まれるＮＭＲ信号に対してフーリエ変換を実行し、この処理結果に基づいて測定対象の断面撮像画像を生成する（ステップＳ１０５）。
【００５２】
ここで、上述した照射周波数として、プロトン及びカーボン１３（放射性核種以外の核種）のラーモア周波数も設定される。人又は食物等の水素原子が多く含まれている測定対象の場合には、プロトンのラーモア周波数に対応するＮＭＲ信号により、測定対象の断面画像が生成される。また、炭素が多く含まれている測定対象の場合には、カーボン１３のラーモア周波数に対応するＮＭＲ信号により、測定対象の断面画像が生成される。さらに、放射性核種のラーモア周波数に対応するＮＭＲ信号に基づいて、当該核種の原子が存在する位置が特定され、測定対象の断面画像に放射性核種の原子の位置情報が付加される。
【００５３】
ＣＰＵ６１ａは、このようにして生成された撮像画像を含む測定結果画面を表示部６２に表示させ（ステップＳ１０６）、処理を終了する。
【００５４】
図４は、測定結果画面の一例を示す図である。図に示すように、測定結果画面８０の最上部には、測定対象の情報８１、例えば、測定対象が人の場合には氏名、測定対象が物である場合にはその物の名称等が表示される。また、測定対象の情報の下方には測定日時８２が表示される。かかる測定対象の情報８１及び測定日時８２の下方には、測定対象から検出された放射性核種の情報が表示される領域８３が設けられる。この領域８３には、複数の放射線核種（検出対象の放射線核種）毎に、検出量が示される。この検出量は、単位重量当たりの放射能の量を示す単位であるＢｑ／ｋｇにより表記される。また、「不検出」の表示は、検出結果が検出限界を下回ったことを示している。
【００５５】
領域８３の右方には、撮像画像８４が表示される。撮像画像８４は、測定対象の断面画像に、放射性核種の原子の検出情報が付加されたものである。具体的には、測定対象の断面画像において放射性核種の原子が検出された範囲が、その位置で検出された放射性核種を示す色で表示される。例えば、セシウム１３７に対応する色として青色が、ヨウ素１３１に対応する色として黄色が、ストロンチウム９０に対応する色として赤色がそれぞれ設定されている。測定対象の断面画像においてセシウム１３７が検出された範囲は青色に着色されている。同様に、測定対象の断面画像においてヨウ素１３１が検出された範囲は黄色に着色され、ストロンチウム９０が検出された範囲は赤色に着色されている。また、撮像画像８４の右方には、各放射線核種が対応する色が凡例として示されている。これにより、測定対象のどの部分にどの放射性核種が存在するかが、容易に把握される。
【００５６】
ここで、ストロンチウム９０は、上述したように陽子数と中性子数とが共に偶数の核種であるため、直接測定することができない。本実施の形態では、測定対象の断面画像においてイットリウム９０が検出された箇所を、ストロンチウム９０に対応する赤色で着色している。つまり、ストロンチウム９０の娘核種であるイットリウム９０の測定結果を、親核種であるストロンチウム９０の測定結果として表示している。ストロンチウム９０の発生直後はイットリウム９０が殆ど発生していないが、１ヶ月程度経過すると放射平衡に達し、ストロンチウム９０の量に対して約３９００分の１のイットリウム９０が定常的に含まれるようになる。すなわち、イットリウム９０の測定値を約３９００倍することで、ストロンチウム９０の測定値が得られる。これにより、直接測定することができないストロンチウム９０についても、その測定対象における存在位置及び存在量をユーザに提示することができる。
【００５７】
また、撮像画像８４おいては、放射性核種の密度が高い部分が濃い色として、放射性核種の密度が低い部分を淡い色として表示される。つまり、放射性核種の密度の高低に応じて、当該放射性核種に対応する色が濃淡表示される。これにより、どの部位で放射性核種の存在密度が高く、どの部位で放射性核種の存在密度が低いかが容易に把握される。
【００５８】
上述した如く構成したことにより、本実施の形態に係る放射能測定装置１００は、ガンマ線以外の放射線を放出する核種を簡便に検出することが可能である。また、本実施の形態に係る放射能測定装置１００は、放射線量を直接検出するのではなく、放射性核種の原子を検出する構成であるため、放射線量が微弱である場合にも精度よく放射能を測定することができ、さらに外部の放射線を遮蔽するための遮蔽壁を設ける必要もない。
【００５９】
また、本実施の形態に係る放射能測定装置１００は、測定対象の汚染部位、即ち、放射性核種が存在する位置を特定し、その位置を示す撮像画像を表示する。このため、オペレータは測定対象の汚染部位を容易に把握することができる。例えば、人の体内に存在している放射性核種の量及び存在位置を撮像画像から容易に把握することができる。また、食物が放射能汚染されている場合には、食物において汚染されている部位を特定することができるため、食物から汚染部位を取り除き、出荷する等の対応が可能である。
【００６０】
また、本実施の形態に係る放射能測定装置１００は、電磁波を遮蔽する物でなければ、どのような物でも測定可能である。人だけでなく、例えば、肉、野菜、米、牛乳等の食物も測定可能である。水又は牛乳のような液体、又は空気等の気体については、容器に収容した状態であれば、架台７０に載置することができ、測定可能である。
【００６１】
放射能汚染は微量であることが多く、従来の放射能測定装置では、十分な精度を確保した測定結果を得るために、長時間測定する必要があった。これに対し本実施の形態に係る放射能測定装置１００によれば、放射能を直接測定する構成ではないため短時間に測定することが可能であり、また、放射線の量に関係なく常に一定の測定時間で高精度な測定結果を得ることが可能である。また、半減期が非常に長い放射性核種では、放射線の放出が微量であるため、従来の放射能測定装置では、十分な精度を確保した測定結果を得るために、長時間測定する必要があった。本実施の形態に係る放射能測定装置１００によれば、このような放射性核種についても、短時間で精度よく測定することができる。
【００６２】
（その他の実施の形態）
なお、上述した実施の形態においては、一定量ずつ照射周波数を増加させながら、各照射周波数の電磁波を測定対象に照射する構成について述べたが、これに限定されるものではない。検査対象の核種のラーモア周波数のみを照射周波数として設定可能とし、一の核種のラーモア周波数を照射周波数として電磁波を測定対象に照射した後、照射周波数を他の核種のラーモア周波数に切り替え、この照射周波数の電磁波を測定対象に照射する構成とすることもできる。この場合、何の核種のラーモア周波数にも対応しない照射周波数が設定されることがなく、より効率的な測定が可能となる。
【００６３】
また、上述した実施の形態においては、自動的に照射周波数を切り替えて、測定対象を測定する構成について述べたが、これに限定されるものではない。例えば、オペレータが撮像開始の指示を放射能測定装置に与えるときに、検査対象の核種を指定し、指定された核種に対応するラーモア周波数を照射周波数として設定し、測定対象における指定された核種の存在量及び存在位置を検出する構成とすることもできる。この場合、一回の測定につき１つの核種のみを指定するようにしてもよいし、一回の測定につき複数の核種を検査対象として指定するようにしてもよい。
【００６４】
また、上述した実施の形態においては、測定結果画面において、検出された放射性核種について、単位重量あたりの放射能の量を表示する構成について述べたが、これに限定されるものではない。例えば、放射性核種の原子数を示す情報等、放射性核種の量を示す情報を表示する構成としてもよい。また、検出された放射性核種についての単位重量あたりの放射能の量のような数値情報を表示せず、撮像画像のみを表示する構成とすることもできる。また、複数の断面の撮像画像を生成し、複数の撮像画像を１画面に表示することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明の放射能測定装置は、人及び食物等の測定対象における放射能を測定する放射能測定装置として有用である。
【符号の説明】
【００６６】
１００ 放射能測定装置
１０ 静磁場磁石
２０ 傾斜磁場電源
２１ 傾斜磁場コイル
３０ 送信部
３１ 送信用ＲＦコイル
４０ 受信部
４１ 受信用ＲＦコイル
５０ シーケンス制御部
６０ 情報処理ユニット
６１ａ ＣＰＵ
６１ｃ ＲＡＭ
６１ｄ ハードディスク
６２ 表示部
６３ 入力部
６４ 可搬型記録媒体
６４ａ データ処理プログラム
７０ 架台
８０ 測定結果画面
８４ 撮像画像
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象が置かれた空間に静磁場を発生させる静磁場発生部と、
前記空間に傾斜磁場を発生させる傾斜磁場発生部と、
測定対象に対して複数の周波数の電磁波を照射する電磁波照射部と、
測定対象から発生する核磁気共鳴信号を検出する信号検出部と、
前記傾斜磁場発生部、前記電磁波照射部、及び前記信号検出部を制御し、前記傾斜磁場発生部により傾斜磁場が発生されている間に、前記電磁波照射部に周波数を切り替えながら電磁波を照射させ、複数の周波数の電磁波それぞれが照射されたときに測定対象から発生する核磁気共鳴信号を前記信号検出部に検出させる制御部と、
前記電磁波照射部により特定の放射性核種に対応する周波数の電磁波が照射されたときに前記信号検出部により検出された核磁気共鳴信号に基づいて、測定対象における前記特定の放射性核種の存在に関する情報を出力する出力部と、
を備える、
放射能測定装置。
【請求項２】
前記出力部は、測定対象における前記特定の放射性核種の存在に関する情報として、測定対象において前記特定の放射性核種が存在する量を示す指標を出力するように構成されている、
請求項１に記載の放射能測定装置。
【請求項３】
前記出力部は、前記信号検出部により検出された核磁気共鳴信号に基づいて、測定対象における前記特定の放射性核種の存在箇所を示す画像を出力するように構成されている、
請求項１又は２に記載の放射能測定装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記電磁波照射部に、放射性核種とは異なる特定の核種に対応する第１周波数と、特定の放射性核種に対応する第２周波数とを含む複数の周波数の電波のそれぞれを測定対象に照射させるように構成されており、
前記第１周波数の電磁波が照射されたときに前記信号検出部により検出された核磁気共鳴信号に基づいて、測定対象の断面画像を生成し、前記第２周波数の電磁波が照射されたときに前記信号検出部により検出された核磁気共鳴信号に基づいて、前記特定の放射線核種が存在する位置を示す位置情報を前記断面画像に付加する情報処理部をさらに備え、
前記出力部は、前記情報処理部において生成された前記位置情報が付加された前記断面画像を出力するように構成されている、
請求項３に記載の放射能測定装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記電磁波照射部に、前記第１周波数の電磁波として、プロトンのラーモア周波数の電磁波を測定対象に照射させるように構成されている、
請求項４に記載の放射能測定装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記電磁波照射部に、複数の周波数の電磁波を、所定時間ずつ、時分割で測定対象に照射させるように構成されている、
請求項１乃至５の何れかに記載の放射能測定装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記電磁波照射部に、アルファ線又はベータ線を放出する複数の放射性核種のそれぞれに対応する複数の周波数の電磁波を測定対象に照射させるように構成されている、
請求項１乃至６の何れかに記載の放射能測定装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記電磁波照射部に、アルファ線を放出する放射性核種、ベータ線を放出する放射性核種、及びガンマ線を放出する放射性核種のそれぞれに対応する複数の周波数の電磁波を測定対象に照射させるように構成されている、
請求項１乃至７の何れかに記載の放射能測定装置。
【請求項９】
前記制御部は、陽子数及び中性子数が共に偶数の放射性核種の娘核種に対応する周波数の電磁波を測定対象に照射させるように構成されており、
前記出力部は、前記娘核種の存在に関する情報を、その親核種の存在に関する情報として出力するように構成されている、
請求項１乃至８の何れかに記載の放射能測定装置。
【請求項１】
測定対象が置かれた空間に静磁場を発生させる静磁場発生部と、
前記空間に傾斜磁場を発生させる傾斜磁場発生部と、
測定対象に対して複数の周波数の電磁波を照射する電磁波照射部と、
測定対象から発生する核磁気共鳴信号を検出する信号検出部と、
前記傾斜磁場発生部、前記電磁波照射部、及び前記信号検出部を制御し、前記傾斜磁場発生部により傾斜磁場が発生されている間に、前記電磁波照射部に周波数を切り替えながら電磁波を照射させ、複数の周波数の電磁波それぞれが照射されたときに測定対象から発生する核磁気共鳴信号を前記信号検出部に検出させる制御部と、
前記電磁波照射部により特定の放射性核種に対応する周波数の電磁波が照射されたときに前記信号検出部により検出された核磁気共鳴信号に基づいて、測定対象における前記特定の放射性核種の存在に関する情報を出力する出力部と、
を備える、
放射能測定装置。
【請求項２】
前記出力部は、測定対象における前記特定の放射性核種の存在に関する情報として、測定対象において前記特定の放射性核種が存在する量を示す指標を出力するように構成されている、
請求項１に記載の放射能測定装置。
【請求項３】
前記出力部は、前記信号検出部により検出された核磁気共鳴信号に基づいて、測定対象における前記特定の放射性核種の存在箇所を示す画像を出力するように構成されている、
請求項１又は２に記載の放射能測定装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記電磁波照射部に、放射性核種とは異なる特定の核種に対応する第１周波数と、特定の放射性核種に対応する第２周波数とを含む複数の周波数の電波のそれぞれを測定対象に照射させるように構成されており、
前記第１周波数の電磁波が照射されたときに前記信号検出部により検出された核磁気共鳴信号に基づいて、測定対象の断面画像を生成し、前記第２周波数の電磁波が照射されたときに前記信号検出部により検出された核磁気共鳴信号に基づいて、前記特定の放射線核種が存在する位置を示す位置情報を前記断面画像に付加する情報処理部をさらに備え、
前記出力部は、前記情報処理部において生成された前記位置情報が付加された前記断面画像を出力するように構成されている、
請求項３に記載の放射能測定装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記電磁波照射部に、前記第１周波数の電磁波として、プロトンのラーモア周波数の電磁波を測定対象に照射させるように構成されている、
請求項４に記載の放射能測定装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記電磁波照射部に、複数の周波数の電磁波を、所定時間ずつ、時分割で測定対象に照射させるように構成されている、
請求項１乃至５の何れかに記載の放射能測定装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記電磁波照射部に、アルファ線又はベータ線を放出する複数の放射性核種のそれぞれに対応する複数の周波数の電磁波を測定対象に照射させるように構成されている、
請求項１乃至６の何れかに記載の放射能測定装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記電磁波照射部に、アルファ線を放出する放射性核種、ベータ線を放出する放射性核種、及びガンマ線を放出する放射性核種のそれぞれに対応する複数の周波数の電磁波を測定対象に照射させるように構成されている、
請求項１乃至７の何れかに記載の放射能測定装置。
【請求項９】
前記制御部は、陽子数及び中性子数が共に偶数の放射性核種の娘核種に対応する周波数の電磁波を測定対象に照射させるように構成されており、
前記出力部は、前記娘核種の存在に関する情報を、その親核種の存在に関する情報として出力するように構成されている、
請求項１乃至８の何れかに記載の放射能測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−６３１５５（Ｐ２０１３−６３１５５Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０３２２０（Ｐ２０１１−２０３２２０）
【出願日】平成２３年９月１６日（２０１１．９．１６）
【出願人】（５１１１４３５５３）株式会社Ｑｕａｎ Ｊａｐａｎ (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１６日（２０１１．９．１６）
【出願人】（５１１１４３５５３）株式会社Ｑｕａｎ Ｊａｐａｎ (3)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]