γ線と物質の相互作用I：光電効果

🧠 光電効果photoelectric effect 光電効果（photoelectric effect）photoelectric effect（光電効果） ではγ光子が全エネルギーを一個の束縛電子 bound electron 束縛電子（bound electron） bound electron（束縛電子） へ渡して消失するため、完全エネルギー吸収と高い画像コントラスト contrast コントラスト（contrast） contrast（コントラスト） を生む。¹²

光電子のエネルギー

主に内殻電子 inner-shell electron 内殻電子（inner-shell electron） inner-shell electron（内殻電子） が光子を吸収し、光電子として放出される。

$E_b$は殻の結合エネルギーである。空孔vacancy 空孔（vacancy）vacancy（空孔） へ外殻 outer shell (outer layer) 外殻（outer shell (outer layer)） outer shell (outer layer)（外殻） 電子が落ちると、特性X線またはオージェ電子 Auger electron オージェ電子（Auger electron） Auger electron（オージェ電子） が続いて生じる。

エネルギーと原子番号への依存

光子エネルギーが殻の結合エネルギーを上回る必要があり、確率は低エネルギー・高$Z$物質で大きい。結合エネルギー付近では吸収端が現れる。コンプトン散乱Compton scatteringコンプトン散乱（Compton scattering）Compton scattering（コンプトン散乱）が主に電子密度 electron density 電子密度（electron density） electron density（電子密度） へ依存するのと対照的である。

画像と検出への意味

骨やヨード造影剤 iodinated contrast ヨード造影剤（iodinated contrast） iodinated contrast（ヨード造影剤） の高$Z$は光電吸収 photoelectric absorption 光電吸収（photoelectric absorption） photoelectric absorption（光電吸収） を増やし、軟部組織との差を作る。一方、患者内で吸収されたエネルギーは線量へ寄与する。検出器内で光子全エネルギーが吸収されれば、光電ピークphotopeak光電ピーク（photopeak）photopeak（光電ピーク）の形成につながる。

まとめ

• 光電効果photoelectric effect 光電効果（photoelectric effect）photoelectric effect（光電効果） では光子が消失し、$h\nu-E_b$の運動エネルギー kinetic energy 運動エネルギー（kinetic energy） kinetic energy（運動エネルギー） をもつ電子が出る。
• 低エネルギー・高$Z$物質で起こりやすい。
• 画像コントラスト contrast コントラスト（contrast） contrast（コントラスト） と検出器の全エネルギーピークに寄与するが、患者線量も増やす。