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。

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 (electron)外殻（outer shell (electron)）outer shell (electron)（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。