JP2007271468A - Low exposure x-ray inspection method and device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、金属探知器に代わるX線検査方法及び装置に関する。 The present invention relates to an X-ray inspection method and apparatus replacing a metal detector.
従来から、セキュリティのため一部の公共施設には金属探知器を設け、入場者の刃物など危険物持込をチェックしている。しかしながら、金属探知器によるチェックは金属に限られるため、その有効性に疑問があり、近年ではX線を用いた検査装置が導入されつつある。しかしX線による検査装置では、人体に対する被爆が問題とされ、その導入は公共施設の中でもごく少数である。
これまで、X線装置として低被爆のものはあったが、輝尽性蛍光体シートを用いるもの(特許文献1参照)であり、即時性に欠けるものである。また異なるX線エネルギーを用いて撮像するものもあるが、X線の発生源においてフィルターを用いるもの(特許文献2参照)であった。
Up to now, there has been a low-exposure X-ray apparatus, but it uses a stimulable phosphor sheet (see Patent Document 1), and lacks immediacy. In addition, there are images that use different X-ray energies, but a filter is used in the X-ray generation source (see Patent Document 2).
人体に与える影響を最小限にとどめるため、X線被爆量を低レベルとすることが要求されている。
このために、超高感度の半導体放射線検出器を開発するとともに、X線撮像装置(イメージャー)として用いることを可能にし、人体への被爆を最小とする低被爆X線検査方法及び装置を提案する。
In order to minimize the influence on the human body, it is required to reduce the amount of X-ray exposure.
For this purpose, we have developed an ultra-sensitive semiconductor radiation detector and proposed a low-exposure X-ray inspection method and apparatus that can be used as an X-ray imaging device (imager) and minimizes exposure to the human body. To do.
本発明は、フォトンカウンティング動作による超高感度半導体放射線イメージャーと低出力高エネルギーX線源を用いた低被爆のX線検査装置を提供する。特に人体に対しても適用可能な低被爆検査装置であり、従来の金属探知器利用場所へ適用が可能である。
超高感度の半導体放射線検出器としては代表的にはCdTeを用いるものを採用する。この半導体放射線検出器を面状に配置し、2次元画像を得るように構成する。
各半導体放射線検出器からのX線検出信号は信号処理回路で処理されるが、この際、信号強度により弁別動作を行う回路を設ける。さらには、この弁別動作はフォトン1個が入射する時間内に終了するように高速で処理される。これにより入射したX線のエネルギーレベルが判明し、エネルギーレベルごとの入射量が計数可能となる。
The present invention provides a low-exposure X-ray inspection apparatus using an ultra-sensitive semiconductor radiation imager by a photon counting operation and a low-output high-energy X-ray source. In particular, it is a low-exposure inspection apparatus that can be applied to the human body, and can be applied to a place where a conventional metal detector is used.
As the ultra-sensitive semiconductor radiation detector, one using CdTe is typically adopted. This semiconductor radiation detector is arranged in a plane and configured to obtain a two-dimensional image.
An X-ray detection signal from each semiconductor radiation detector is processed by a signal processing circuit. At this time, a circuit for performing a discrimination operation according to the signal intensity is provided. Furthermore, this discrimination operation is processed at high speed so as to be completed within the time when one photon is incident. As a result, the energy level of the incident X-ray is determined, and the incident amount for each energy level can be counted.
1.フォトンカウンティング動作による超高感度半導体放射線検出器をイメージャーとした小型化可能な検査装置である。
2.吸収線量の少ない高エネルギー放射線を主に利用するため、直線性が高い。低エネルギー放射線はフィルターによりカットする。
3.高エネルギー放射線に適したCdTeを一例とする半導体放射線検出器を用いる。
4.低線量撮像で間題となるコントラストは、高い定量性を持つフォトンカウンティング動作イメージャーで撮像することにより従来に比べ同線量で格段に高いコントラストを得ると共に、正確な撮像データから自由度の高い画像演算処理を可能とし、必要に応じた高機能化を図ることができる。
5.本発明に採用するイメージャーは、放射線の弁別機能を持ち、放射線撮像、特に高エネルギー放射線を利用した場合に原理的に避けられない散乱線発生による影響を除去して高いコントラストと画質を得ると共に、被測定対象物質が定まる場合には複数のエネルギー帯画像の画像間演算で抽出的撮像を可能とし、さらに低被爆高コントラスト撮像を可能とする。
1. This is an inspection device that can be miniaturized using an ultra-sensitive semiconductor radiation detector by photon counting operation as an imager.
2. High linearity is mainly used because high energy radiation with low absorbed dose is mainly used. Low energy radiation is cut by a filter.
3. A semiconductor radiation detector, for example CdTe suitable for high energy radiation, is used.
4). Contrast, which is a problem in low-dose imaging, is obtained by using a photon counting operation imager with high quantitativeness to obtain a much higher contrast at the same dose than before, and an image with a high degree of freedom from accurate imaging data. Arithmetic processing is possible, and high functionality can be achieved as required.
5). The imager employed in the present invention has a radiation discrimination function, and removes the influence caused by the generation of scattered radiation, which is unavoidable in principle when using radiographic imaging, particularly high-energy radiation, and obtains high contrast and image quality. When the substance to be measured is determined, extractive imaging can be performed by calculation between images of a plurality of energy band images, and further, low-exposure and high-contrast imaging can be performed.
基本となる考え方は、以下のとおりである。
1.フォトンカウンティング動作の超高感度放射線イメージャーと低出力高エネルギーX線源の間に被写体をおくシンプルな方法及び装置である。
2.イメージャーは二次元型であれば動画撮像が可能であり、ラインスキャナ型では物体の移動をすることにより静止画撮像が可能で、用途に応じていずれの形式を選択しても構わない。
3.ただし、低被爆の概念からは、測定場所以外への放射線照射量も考慮し、二次元型のイメージャーで測定範囲が一度に測定できればその分検査時間を短縮でき、より低被爆につながる。
4.人体を透過しやすい高いエネルギー帯域のみを低線量で利用することにより(低エネルギー帯はフィルターで除去)人体へ適用されているバックスキャッターシステムと同等あるいはそれ以下の吸収線量で透過像を得ることができる。
5.フォトンカウンティング動作が生み出す、高い定量性を持つ画像取得とエネルギー弁別機能による画像データでより低被爆につながるコントラスト調整等の自由度の高い演算を可能とする。
The basic idea is as follows.
1. A simple method and apparatus for placing a subject between an ultra-sensitive radiation imager for photon counting operation and a low-power high-energy X-ray source.
2. If the imager is a two-dimensional type, a moving image can be captured. If the line scanner type is used, a still image can be captured by moving an object, and any format may be selected depending on the application.
3. However, from the concept of low exposure, taking into account the radiation dose to the place other than the measurement location, if the measurement range can be measured at once with a two-dimensional imager, the inspection time can be shortened accordingly, resulting in lower exposure.
4). By using only the high energy band that easily penetrates the human body at a low dose (the low energy band is removed with a filter), a transmission image can be obtained with an absorbed dose equivalent to or lower than the backscatter system applied to the human body. Can do.
5). High-degree-of-freedom computations such as contrast adjustment that lead to lower exposure are possible with image data with high quantitativeness and energy discrimination function generated by photon counting operation.
フォトンカウンティング型イメージャは、テルル化カドミウム(CdTe)に代表される放射線検出素子に、X線やγ線フォトンが1個入射する際に発生する電荷を検出するものである。発生する電荷の数は、入射したフォトンの持つエネルギーに比例している。したがって、出力として得られる信号の波高値を弁別することにより、入射したフォトンのエネルギーが判定できる。弁別動作は次のフォトンが入射される前に完了する必要があり、連続的にフォトンが入射するような環境に対しては時間窓を狭くし、フォトン1個が入射する時間間隔でエネルギー弁別する。また、鉄や鉛などの薄板によって減衰させることにより、単位時間あたりの入射フォトン数を減少させ、フォトンカウント可能な数にする。その後、弁別されたエネルギー区分別にカウントを行う。 The photon counting type imager detects charges generated when one X-ray or γ-ray photon is incident on a radiation detection element typified by cadmium telluride (CdTe). The number of generated charges is proportional to the energy of incident photons. Therefore, the energy of the incident photon can be determined by discriminating the peak value of the signal obtained as the output. The discrimination operation must be completed before the next photon is incident. For an environment where photons are continuously incident, the time window is narrowed and energy is discriminated at the time interval when one photon is incident. . Further, the number of incident photons per unit time is reduced by attenuation by a thin plate such as iron or lead so that the number of photons can be counted. After that, counting is performed for each discriminated energy category.
図1は、検査対象物に対し透過型でX線検査を行う装置を示している。
1はX線源、2は検査対象物、3はフォトンカウンティング・イメージャーである。X線源(1)からのX線は、検査対象物を通過し、フォトンカウンティング・イメージャー上に対象物の像を投影する。
フォトンカウンティング・イメージャー(3)で得られた2次元画像はエネルギー別に弁別されており、信号処理回路(4)により、エネルギー帯別に着色され表示手段(5)に表示される。多色表示できる表示手段でない場合には、階調表示や等高線表示などの表示を行う。または、画面を分割し、それぞれのエネルギー帯ごとの画像表示を行ってもよい。
検査対象物のX線透過率に異常があれば、色の変化や不規則な等高線などとして画面上に表示される。また、対象物自体に放射性物質が含まれていると、それからのX線がフォトンカウンティング・イメージャーで捕らえられ、画像化される。この場合には、本来のX線源(1)からのX線とはエネルギーが異なるため、エネルギー弁別することにより画像上で区別可能に表示することが可能である。
FIG. 1 shows a transmission type X-ray inspection apparatus for an inspection object.
1 is an X-ray source, 2 is an inspection object, and 3 is a photon counting imager. X-rays from the X-ray source (1) pass through the inspection object and project an image of the object on the photon counting imager.
The two-dimensional image obtained by the photon counting imager (3) is discriminated by energy and is colored by energy band and displayed on the display means (5) by the signal processing circuit (4). If the display means is not capable of multicolor display, display such as gradation display and contour display is performed. Alternatively, the screen may be divided and image display for each energy band may be performed.
If there is an abnormality in the X-ray transmittance of the inspection object, it is displayed on the screen as a color change or irregular contour lines. If the object itself contains a radioactive substance, X-rays from the object are captured by a photon counting imager and imaged. In this case, since the energy is different from that of the X-ray from the original X-ray source (1), it can be displayed on the image in a distinguishable manner by energy discrimination.
図2は、撮像画像の信号処理例を示している。
信号処理回路(4)は、フォトンカウンティング・イメージャー(3)からの画像信号を受け取り、エネルギー帯別に画像処理回路(6,6’,6”)に入力される。画像処理回路ではコントラスト調整、輝度調整、γ補正などの処理を行い、色駆動回路(7,7’,7”)に信号を供給する。色駆動回路においては、画像処理回路からの信号に対し、RGB(赤,緑,青)座標系信号あるいはXYZ座標系信号などの色信号に変換する。
また、必要に応じて画像処理回路において、各エネルギー帯信号の間で差分演算、積演算などの画像間演算を行う。状況によっては、各エネルギー帯の信号強度をパワーに換算して加算し、その合計値に基づいて擬似カラー表示(信号レベルに応じて色を変化させる表示方法)してもよい。これらの処理を所望により切替え可能にすると有用である。
図3に、フォトンカウンティング・イメージャーの概念図を示す。11はCdTeであり、12は増幅器、13はエネルギー弁別を行う比較器であり、14はカウンタである。比較器(13)の他方の入力にはそれぞれ異なる電圧V1,V2,V3...が与えられ、エネルギー弁別可能となっている。また、コリメータ(15)を必要に応じて設ける。これをひとつのユニットとし、複数ユニットを面に配置してイメージャー(撮像素子)を構成する。
または、複数ユニットを直線に配置して、ラインスキャナを構成する。このときラインスキャナあるいは対象物を移動させることにより、走査を行い面画像を得る。
FIG. 2 shows an example of signal processing of a captured image.
The signal processing circuit (4) receives the image signal from the photon counting imager (3) and inputs it to the image processing circuit (6, 6 ′, 6 ″) for each energy band. In the image processing circuit, contrast adjustment, Processing such as luminance adjustment and γ correction is performed, and a signal is supplied to the color drive circuit (7, 7 ′, 7 ″). In the color driving circuit, the signal from the image processing circuit is converted into a color signal such as an RGB (red, green, blue) coordinate system signal or an XYZ coordinate system signal.
Further, if necessary, the image processing circuit performs inter-image calculations such as difference calculation and product calculation between the energy band signals. Depending on the situation, the signal intensity of each energy band may be converted into power and added, and pseudo color display (display method for changing the color according to the signal level) may be performed based on the total value. It is useful to make these processes switchable as desired.
FIG. 3 shows a conceptual diagram of the photon counting imager. 11 is CdTe, 12 is an amplifier, 13 is a comparator for performing energy discrimination, and 14 is a counter. Different voltages V1, V2, V3... Are applied to the other input of the comparator (13), respectively, so that energy discrimination is possible. A collimator (15) is provided as necessary. This is a single unit, and a plurality of units are arranged on the surface to constitute an imager (imaging device).
Alternatively, a line scanner is configured by arranging a plurality of units in a straight line. At this time, by moving the line scanner or the object, scanning is performed to obtain a surface image.
図4は、エネルギー弁別を比較器(13)で行ったあと、排他的論理和回路(16)により各エネルギー帯別にカウントを行う例である。弁別用の電圧V1,V2,V3...は、V1>V2>V3....のように設定されており、入力信号が弁別用電圧を超えた際にカウント用のパルスが出力される。排他的論理和回路(16)を設けることにより、V1を超えるエネルギーレベルに対応するパルス、V2を超えV1を超えないエネルギーレベルに対応するパルス、V3を超えV2を超えないエネルギーレベルに対応するパルス…が、個別にカウンタ(14)に入力される。
図5は、エネルギー弁別を比較器(13)で行い、その出力パルスをカウンタ(14)で計数したあと、減算器(17)により低エネルギー側の計数値から高エネルギー側の計数値を減算し、各エネルギー帯別の計数値を得る例である。この場合も弁別用の電圧V1,V2,V3...は、V1>V2>V3....のように設定されており、入力信号が弁別用電圧を超えた際にカウント用のパルスが出力される。低エネルギー側の計数値には高エネルギー分に相当する計数値が含まれており、これを除くために減算器(17)が設けられている。減算処理自体は、後段の信号処理回路(4)において行ってもよい。
FIG. 4 shows an example in which after the energy discrimination is performed by the comparator (13), the exclusive OR circuit (16) performs counting for each energy band. The discrimination voltages V1, V2, V3 ... are set as V1>V2> V3 ...., and when the input signal exceeds the discrimination voltage, a counting pulse is output. . By providing an exclusive OR circuit (16), pulses corresponding to energy levels exceeding V1, pulses corresponding to energy levels exceeding V2 and not exceeding V1, pulses corresponding to energy levels exceeding V3 and not exceeding V2 Are individually input to the counter (14).
In FIG. 5, the energy discrimination is performed by the comparator (13), the output pulses are counted by the counter (14), and then the high energy side count value is subtracted from the low energy side count value by the subtractor (17). This is an example of obtaining a count value for each energy band. In this case as well, the discrimination voltages V1, V2, V3 ... are set as V1>V2> V3 ..., and when the input signal exceeds the discrimination voltage, the counting pulse Is output. The count value on the low energy side includes a count value corresponding to the high energy component, and a subtracter (17) is provided to remove this count value. The subtraction process itself may be performed in the signal processing circuit (4) at the subsequent stage.
低被爆型であるため、人体に対しても透過型の危険物所持検査が可能となり、これまでの金属検知器に代替可能である。 Because it is a low-exposure type, it is possible to inspect the possession of transmission-type dangerous goods even for the human body, and it can be replaced with conventional metal detectors.
1 X線源
2 検査対象物
3 フォトンカウンティング・イメージャー
4 信号処理回路
5 表示手段
6 画像処理回路
7 色駆動回路
11 CdTe
12 増幅器
13 比較器
14 カウンタ
15 コリメータ
16 排他的論理和回路
17 減算回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 X-ray source 2
12
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