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photoelectron 光電子（photoelectron）photoelectron（光電子） として放出される。

$E_b$は殻の結合エネルギー binding energy 結合エネルギー（binding energy） binding energy（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characteristic X-rays 特性X線（characteristic X-rays）characteristic X-rays（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 binding energy 結合エネルギー（binding energy） binding energy（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binding energy 結合エネルギー（binding energy）binding energy（結合エネルギー） 付近では吸収端 absorption edge 吸収端（absorption edge） absorption edge（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。