JP2011089901A - 検出結果補正方法、その検出結果補正方法を用いた放射線検出装置、その検出結果補正方法を実行するためのプログラム、及びそのプログラムを記録する記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】隣接配置された複数の放射線検出素子のそれぞれでエネルギー毎に弁別して検出される放射線スペクトルの検出結果を高精度に補正すること。
【解決手段】隣接配置された複数の半導体検出素子（２−１、２−２、・・・）のそれぞれで１［ｋｅＶ］幅のエネルギーバンド毎に放射線を弁別して検出する放射線検出装置（１００）は、半導体検出素子（２−１）から他の半導体検出素子（２−２、２−３・・・）への入射エネルギーの伝播、及び、半導体検出素子（２−１）内におけるエネルギー方向への入射エネルギーの伝播を表す応答関数を入射エネルギー毎に記憶する応答関数記憶手段（４０）と、その応答関数と半導体検出素子（２−１）の検出結果とに基づいてその検出結果を補正する検出結果補正手段（１１）と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、隣接配置された複数の放射線検出素子のそれぞれでエネルギー毎に弁別して検出される放射線の検出結果を補正する検出結果補正方法、その検出結果補正方法を用いた放射線検出装置、その検出結果補正方法を実行するためのプログラム、及びそのプログラムを記録する記録媒体に関する。

従来、半導体検出器を備えたガンマカメラが知られている（例えば、特許文献１参照。）。このガンマカメラは、半導体検出器（２４）の出力信号から得られるエネルギーのカウント値の分布を最も高いカウント値のエネルギーピークを中心にして一定のエネルギー幅の複数個の領域に分割する。そして、このガンマカメラは、そのエネルギーピークを含む領域（メインウィンドウ）以外の領域群（複数のサブウィンドウ）のそれぞれにおけるカウント値に所定の散乱割合を乗じて得た値のそれぞれをメインウィンドウにおけるカウント値に加算することによって、メインウィンドウにおけるカウント値を補正する。

なお、所定の散乱割合は、ガンマ線の輸送計算に基づいて単一エネルギーのガンマ線が散乱により示すエネルギースペクトルを計算し、且つ、半導体検出器（２４）で生成される電子の輸送計算に基づいて単一エネルギーの電子が散乱により示すエネルギースペクトルを計算することによって算出される。

このようにして、このガンマカメラは、ガンマ線が半導体検出器（２４）内へ入射してから検出信号に変換されるまでの放射線及び電子の散乱、減衰、及び漏洩を補正し、ガンマ線の検出効率を向上させるようにしている。

特開平８−２７１６３３号公報

しかしながら、特許文献１に記載のガンマカメラは、単一エネルギーのガンマ線を検出するための一つの半導体検出器（２４）における複数のサブウィンドウのカウント値に基づいてその半導体検出器（２４）における一つのメインウィンドウのカウント値のみを補正するだけであって、隣接する他の半導体検出素子におけるカウント値（すなわち、隣接する他の半導体検出素子にまで散乱する特性Ｘ線等の影響）を考慮しておらず、また、それら複数のサブウィンドウのカウント値のそれぞれを補正することもない。

そのため、特許文献１に記載の補正方法は、エネルギー弁別型放射線検出装置で使用されるような隣接配置される放射線検出素子において検出される放射線スペクトルの補正には不適である。

上述の点に鑑み、本発明は、隣接配置された複数の放射線検出素子のそれぞれでエネルギー毎に弁別して検出される放射線の検出結果を高精度に補正することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の実施例に係る放射線検出装置は、隣接配置された複数の放射線検出素子のそれぞれにおいて、所定幅を有するエネルギーバンド毎に放射線を弁別して検出する放射線検出装置であって、一の放射線検出素子から他の放射線検出素子への入射エネルギーの伝播と該一の放射線検出素子内におけるエネルギー方向への入射エネルギーの伝播とを表す応答関数を記憶する応答関数記憶手段と、前記応答関数記憶手段に記憶された前記応答関数と前記放射線検出素子のそれぞれで検出される放射線の検出結果とに基づいて前記放射線検出素子のそれぞれの検出結果を補正する検出結果補正手段と、を備えることを特徴とする。これにより、本実施例に係る放射線検出装置は、特定の放射線検出素子の特定のエネルギーバンドにおける放射線の検出結果を補正する場合に、他の放射線検出素子から伝播してくる放射線やその特定の放射線検出素子のより高いエネルギーバンドから伝播してくる放射線を考慮するので、放射線の検出結果を高精度に補正することができる。

なお、「一の放射線検出素子から他の放射線検出素子への入射エネルギーの伝播」は、所定の単一エネルギーを有する放射線が特定の放射線検出素子に入射した場合に、その放射線のエネルギーの一部がその特定の放射線検出素子とは異なる他の放射線検出素子で検出されるというエネルギーの伝播態様を意味する。

また、「一の放射線検出素子内におけるエネルギー方向への入射エネルギーの伝播」は、所定の単一エネルギーを有する放射線が特定の放射線検出素子に入射した場合に、その放射線がその特定の放射線検出素子においてその所定の単一エネルギーとは異なるエネルギーとして検出されるというエネルギーの伝播態様を意味する。

これらの伝播態様は、主に、放射線検出素子における光電効果によって生成される特性Ｘ線によって引き起こされるものである。

また、本発明の実施例に係る検出結果補正方法は、隣接配置された複数の放射線検出素子のそれぞれにおいて、所定幅を有するエネルギーバンド毎に弁別して検出される放射線の検出結果を補正する検出結果補正方法であって、一の放射線検出素子から他の放射線検出素子への入射エネルギーの伝播と該一の放射線検出素子内におけるエネルギー方向への入射エネルギーの伝播とを表す応答関数を読み出す応答関数読み出しステップと、前記応答関数読み出しステップで読み出される前記応答関数と前記放射線検出素子のそれぞれで検出される放射線の検出結果とに基づいて前記放射線検出素子のそれぞれの検出結果を補正する検出結果補正ステップと、を備えることを特徴とする。これにより、本実施例に係る検出結果補正方法は、特定の放射線検出素子の特定のエネルギーバンドにおける放射線の検出結果を補正する場合に、他の放射線検出素子から伝播してくる放射線やその特定の放射線検出素子のより高いエネルギーバンドから伝播してくる放射線を考慮するので、放射線の検出結果をより高精度に補正することができる。

また、本発明の実施例に係るプログラムは、上述の検出結果補正方法を実行するためのプログラムである。

また、本発明の実施例に係る記憶媒体は、上述のプログラムを記憶する記憶媒体である。

上述の手段により、本発明は、隣接配置された複数の放射線検出素子のそれぞれでエネルギー毎に弁別して検出される放射線の検出結果を高精度に補正することができる。

本発明に係るエネルギー弁別型放射線検出器の構成例を概略的に示すブロック図である。 図１のエネルギー弁別型放射線検出器で使用される半導体検出器の構成例を示す概略図である。 図１のエネルギー弁別型放射線検出器で使用される半導体検出器における入射エネルギーの伝播態様を説明するための図（その１）である。 図１のエネルギー弁別型放射線検出器で使用される半導体検出器における入射エネルギーの伝播態様を説明するための図（その２）である。 応答関数を可視的に表す図である。 検出結果補正処理の流れを示すフローチャートである。 半導体検出素子の検出結果の一例を示す度数分布図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、本発明に係るエネルギー弁別型放射線検出器の構成例１００を概略的に示すブロック図であり、エネルギー弁別型放射線検出装置１００は、例えば、Ｘ線ＣＴ(Computer Tomography)装置やＰＥＴ（Positron Emission Tomography）−ＣＴ装置であって、制御部１、半導体検出器２、信号処理部３、記憶部４、表示部５、及びＸ線照射部６を有する。

制御部１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＮＶＲＡＭ（Non-Volatile Random Access Memory）、タイマ等を備えたコンピュータであって、例えば、後述する画像処理手段１０、及び検出結果補正手段１１に対応するプログラムをＲＯＭに記憶しながら、各手段に対応する処理をＣＰＵに実行させる。

半導体検出器２は、放射線を検出するための装置であり、例えば、５００Ｖ〜１ｋＶの高圧直流電圧であるバイアス電圧を発生させる直流電圧源に接続され、入射Ｘ線のエネルギーに対応する電気信号を信号処理部３に対して出力する。

また、半導体検出器２は、好適には、ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）を用いて形成されるが、シリコン等の他の半導体材料で形成されてもよい。

図２は、半導体検出器２の構成例を示す概略図であり、半導体検出器２は、ピクセライズ（隣接配置）された多数の半導体検出素子２−１、２−２、２−３・・・で構成され、半導体検出素子のそれぞれは、出力信号を取り出すための個別の信号線（図示せず。）に接続されている。

また、半導体検出素子のそれぞれは、単一の半導体材料（例えば、テルル化カドミウムである。）の表面にダイスカット等による複数の平行な溝を配置することによって形成されてもよい。

また、図２において、半導体検出素子のそれぞれの形状は、正方形で示されるが、三角形、長方形、六角形等の他の形状を有していてもよい。

更に、図２において、半導体検出素子のそれぞれは、図の横方向に一列に配列されるが、縦方向及び横方向の双方にマトリックス状に配列されてもよい。

信号処理部３は、半導体検出器２の出力をエネルギー毎に弁別するための装置であり、増幅器３０及びエネルギー弁別器３１を有する。

信号処理部３は、半導体検出器２が出力する電気信号（入射Ｘ線のエネルギーに対応する電気信号）を増幅器３０により増幅してエネルギー弁別器３１に入力する。エネルギー弁別器３１は、例えばマルチチャンネルアナライザであり、所定期間にわたって増幅器３０の出力を受信しながら、半導体検出器２に入射した入射Ｘ線の数（フォトン数）を、一定のエネルギー幅（例えば、１［ｋｅＶ］である。）を有するエネルギーバンド毎に計数する。

記憶部４は、各種情報を記憶するための装置であり、例えば、ハードディスク、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、半導体メモリ等の記憶媒体であって、応答関数記憶手段としての応答関数テーブル４０を格納する。

「応答関数」は、一の半導体検出素子に入射した放射線の伝播態様を表す関数であり、入力（特定の半導体検出素子に入射する放射線のエネルギー及びフォトン数）と出力（その特定の半導体検出素子及びその周辺の半導体検出素子のうちのどの半導体検出素子のどのエネルギーバンドにおいてどのような頻度（フォトン数）で検出されるか）との間の対応関係を記述する数式又は参照テーブルである。

応答関数は、例えば、既知のエネルギーを有するＸ線が特定の半導体検出素子に所定のフォトン数だけ入射した場合に、実際にそのＸ線が、その特定の半導体検出素子及びその周辺の半導体検出素子のうちのどの半導体検出素子のどのエネルギーバンドにおいてどのような頻度（フォトン数）で検出されるかを導き出すことができるようにする。

具体的には、応答関数は、その半導体検出素子の特性（半導体材料の種類、幾何学的形状、隣接する半導体検出素子との間の位置関係等である。）を考慮しながらモンテカルロ法を用いて決定され得る。

モンテカルロ法は、乱数を用いて統計的な結果を導き出すシミュレーション手法であり、既知のエネルギーを有するＸ線が特定の半導体検出素子に所定数（所定フォトン数）だけ入射した場合に、その特定の半導体検出素子及びその周辺の半導体検出素子のうちのどの半導体検出素子のどのエネルギーバンドにおいてどのような頻度（フォトン数）で検出されるかをシミュレートする。

応答関数テーブル４０は、上述のように決定される複数の応答関数を制御部１が参照できるような態様で予め記憶しておくための参照テーブルであり、例えば、１［ｋｅＶ］〜６０［ｋｅＶ］の範囲で１［ｋｅＶ］刻みの６０種類の入射Ｘ線のそれぞれに対する６０個の応答関数を１セットとして記憶する。なお、入射Ｘ線エネルギーの最大値である６０［ｋｅＶ］は、Ｘ線照射部６のＸ線源が発するＸ線のエネルギーの最大値に相当する。

また、エネルギー弁別型放射線検出装置１００は、複数の半導体検出素子で共用される１セットの応答関数を準備するようにしてもよく、複数の半導体検出素子のそれぞれに対応する複数セットの応答関数を準備するようにしてもよく、或いは、隣接配置される半導体検出素子群の端部にある半導体検出素子のそれぞれに対しては専用の応答関数の１セットを準備し、他の半導体検出素子に対しては複数の半導体検出素子で共用される１セットの応答関数を準備するようにしてもよい。

表示部５は、制御部１が出力する各種情報を表示するための装置であり、例えば、ＣＲＴモニタ、液晶ディスプレイ、プロジェクタ等である。

Ｘ線照射部６は、Ｘ線源でＸ線を発生させるための装置であり、制御部１からの制御信号に応じてＸ線源から被検体に向けてＸ線を照射させ、その被検体を挟んでＸ線源の反対側の位置に配置される半導体検出器２でそれらＸ線を検出できるようにする。

ここで、図３及び図４を参照しながら、単一エネルギーを有するＸ線（以下、「単色Ｘ線」とする。）のエネルギーの伝播態様について説明する。

図３及び図４は、半導体検出器２における単色Ｘ線のエネルギーの伝播態様を説明するための図であり、図３は、半導体検出素子２−３に一個の単色Ｘ線が入射した場合を示し、図４は、半導体検出素子２−１〜２−５のそれぞれに複数の単色Ｘ線が入射した場合を示す。

図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、一個の単色Ｘ線のエネルギーの伝播態様を模式的に示す図であり、図３（Ｃ）は、半導体検出素子２−３で発生した特性Ｘ線が同じ半導体検出素子２−３で吸収された場合の半導体検出素子２−３におけるＸ線エネルギーの検出結果を示す図であり、図３（Ｄ）は、半導体検出素子２−３で発生した特性Ｘ線が別の半導体検出素子２−４で吸収された場合の半導体検出素子２−３におけるＸ線エネルギーの検出結果を示す図であり、図３（Ｅ）は、半導体検出素子２−３で発生した特性Ｘ線が別の半導体検出素子２−４で吸収された場合の半導体検出素子２−４におけるＸ線エネルギーの検出結果を示す図である。

なお、図３（Ｃ）、図３（Ｄ）、及び図３（Ｅ）は、Ｘ線のフォトン数（強度）を縦軸に配し、Ｘ線のエネルギーを横軸に配する度数分布図（ヒストグラム）であり、フォトン数（縦軸の値）は何れも一個である。

図３（Ａ）において、半導体検出素子２−３内へ進入した入射Ｘ線は、光電効果により、半導体検出素子２−３を構成する原子内の電子に対して、入射Ｘ線のエネルギーから電子の束縛エネルギーを減じた分のエネルギーを運動エネルギーとして付与する。半導体検出素子２−３を構成するその原子は、エネルギーを付与された電子が励起され、その電子があった内殻軌道に空孔が生じる。その空孔が生じた原子は、その内殻軌道よりも高いエネルギー準位を有する内殻軌道にある電子がその空孔に遷移した場合に、そのエネルギー準位間のエネルギー差に相当するエネルギーを有する特性Ｘ線を放出する。半導体検出素子２−３は、この特性Ｘ線のエネルギーと入射Ｘ線の残りのエネルギーとを吸収することとなる。

しかしながら、特性Ｘ線は、必ずしも半導体検出素子２−３で検出されるものではなく、隣接する半導体検出素子２−４等でも検出され得る点に留意すべきである（図３（Ｂ）参照。）。

厳密には、入射Ｘ線は、関連する特性Ｘ線により別の光電効果を発生させて別の特性Ｘ線を放出させ、その別の特性Ｘ線により更に別の光電効果を発生させて更に別の特性Ｘ線を放出させるといった態様で光電効果を繰り返し発生させながら、そのエネルギーが一又は複数の半導体検出素子で吸収されることとなる。

なお、入射Ｘ線が進入した半導体検出素子で検出されるスペクトルの形状は、入射Ｘ線が進入した半導体検出素子とは異なる別の半導体検出素子においてその入射Ｘ線に関連する特性Ｘ線が検出された場合と、入射Ｘ線が進入した半導体検出素子とは異なる別の半導体検出素子においてその入射Ｘ線に関連する特性Ｘ線が検出されない場合（すなわち、入射Ｘ線が進入した半導体検出素子において関連する特性Ｘ線の全てが吸収された場合である。）とで異なるものとなる。

図３（Ｃ）は、入射Ｘ線が進入した半導体検出素子２−３において関連する特性Ｘ線の全てが吸収された場合の半導体検出素子２−３における検出結果を示す。この場合、半導体検出素子２−３は、入射Ｘ線の進入と、その入射Ｘ線による光電効果と、その光電効果で生成される特性Ｘ線による別の光電効果（後続の光電効果の全てを含む。）とがほぼ同じ時刻に発生するので、その入射Ｘ線の全エネルギーに相当する大きさのエネルギースペクトルを検出することとなる。

図３（Ｄ）は、入射Ｘ線が進入した半導体検出素子２−３とは異なる別の半導体検出素子２−４においてその入射Ｘ線に関連する特性Ｘ線が検出された場合の半導体検出素子２−３における検出結果を示す。この場合、半導体検出素子２−３は、入射Ｘ線の全エネルギーではなくその一部を吸収することとなるので、その入射Ｘ線の全エネルギーに相当する大きさのエネルギースペクトルよりも低エネルギー側にシフトしたエネルギースペクトル（エスケープピーク）を検出することとなる。

図３（Ｅ）は、入射Ｘ線が進入した半導体検出素子２−３とは異なる別の半導体検出素子２−４においてその入射Ｘ線に関連する特性Ｘ線が検出された場合の半導体検出素子２−４における検出結果を示す。この場合、半導体検出素子２−４は、その入射Ｘ線に関連する特性Ｘ線を吸収することとなるので、その特性Ｘ線のエネルギーに相当する大きさのエネルギースペクトルを検出することとなる。

図４（Ａ）は、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）と同様、単色Ｘ線のエネルギーの伝播態様を模式的に示す図であり、図４（Ｂ）は、図３（Ｃ）〜図３（Ｅ）と同様、半導体検出素子２−２におけるＸ線のエネルギーの検出結果を示す図である。なお、半導体検出素子２−２の検出結果は、半導体検出器２を構成する複数の半導体検出素子の検出結果の一例として示されるものである。

図４（Ａ）は、図３で説明した半導体検出素子２−３及び２−４におけるエネルギーの伝播が全ての半導体検出素子において同時多発的に発生する様子を示し、図４（Ｂ）は、入射Ｘ線のエネルギーに相当するスペクトル、エスケープピークのエネルギーに相当するスペクトル、及び他の半導体検出素子から伝播してきた特性Ｘ線のエネルギーに相当するスペクトルが混在して形成されることを示す。

なお、図３及び図４は、説明を簡単にするため、単色Ｘ線が入射した場合を説明するが、図３及び図４におけるエネルギーの伝播態様は、様々なエネルギーを含む連続エネルギー又は不連続エネルギーのＸ線が入射した場合にも同様に適用可能である。また、エネルギーの伝播は、半導体検出器と入射Ｘ線との間の相互作用である光電効果により実現されるものとしたが、コンプトン効果等の他の相互作用によっても実現され得る点に留意すべきである。

図５は、応答関数を可視的に表す図であり、半導体検出素子の識別番号を縦軸に配し、検出されるエネルギー［ｋｅＶ］を横軸に配する。なお、図５は、半導体検出素子２−３に６０［ｋｅＶ］のＸ線が入射した場合の応答関数を表す。

また、領域Ｃ１〜Ｃ１８のそれぞれの色の濃さは、対応する半導体検出素子で検出されるフォトン数（エネルギー強度）の多寡を表し、色が濃いほどより多くのフォトン数が検出されることを意味する。

例えば、領域Ｃ１は、半導体検出素子２−３に入射する６０［ｋｅＶ］の単色Ｘ線に応じて、半導体検出素子２−３が約６０［ｋｅＶ］のＸ線エネルギーを所定のフォトン数（以下、「基準フォトン数」とする。）で検出する状態を表し、領域Ｃ４は、半導体検出素子２−３に入射する６０［ｋｅＶ］のＸ線に応じて（関連する特性Ｘ線等の伝播により）、半導体検出素子２−３に隣接する半導体検出素子２−２が６０［ｋｅＶ］よりも低いＥ１［ｋｅＶ］の特性Ｘ線を基準フォトン数に比べて少ないフォトン数（例えば、基準フォトン数の１０％とする。）で検出する状態を表す。

同様に、領域Ｃ９は、半導体検出素子２−３の位置に入射する６０［ｋｅＶ］のＸ線に応じて（関連する特性Ｘ線等の伝播により）、半導体検出素子２−４がＥ１［ｋｅＶ］よりも低いＥ２［ｋｅＶ］の特性Ｘ線を基準フォトン数に比べて少ないフォトン数（例えば、基準フォトン数の２０％とする。）で検出する状態を表す。

また、領域Ｃ１は、外部からのＸ線の半導体検出素子２−３への入射に対応し、領域Ｃ２、Ｃ３は、半導体検出素子２−３からの特性Ｘ線等の半導体検出素子２−１への入射に対応し、領域Ｃ４〜Ｃ７は、半導体検出素子２−３からの特性Ｘ線等の半導体検出素子２−２への入射に対応する。

更に、領域Ｃ８〜Ｃ１１は、半導体検出素子２−３からの特性Ｘ線等の半導体検出素子２−４への入射に対応し、領域Ｃ１２、Ｃ１３は、半導体検出素子２−３からの特性Ｘ線等の半導体検出素子２−５への入射に対応し、領域Ｃ１４〜Ｃ１８は、半導体検出素子２−３で特性Ｘ線（他の半導体検出素子で吸収される特性Ｘ線である。）を発生させた外部からのＸ線の残りのエネルギー（エスケープピークを形成するエネルギーである。）の半導体検出素子２−３による吸収に対応する。

次に、制御部１が有する各種手段について説明する。

画像処理手段１０は、エネルギー弁別画像を生成するための手段であり、例えば、半導体検出素子のそれぞれが検出するＸ線スペクトルから、一のエネルギーバンドにおけるフォトン数（検出結果）を抽出してその一のエネルギーバンドに対応するＣＴ画像を再構成する。

同様に、画像処理手段１０は、他のエネルギーバンドに対しても同様の処理を行うことによって、複数のエネルギーバンドのそれぞれのフォトン数（検出結果）に対応する複数のＣＴ画像を再構成した上で、それら再構成した複数のＣＴ画像を利用してエネルギー弁別画像を生成する。

また、画像処理手段１０は、生成したエネルギー弁別画像を表示部５に表示させる際に、それら再構成した複数のＣＴ画像のそれぞれを色分けしながら合成して表示部５に表示させるようにしてもよい。

検出結果補正手段１１は、半導体検出素子のそれぞれの検出結果を補正するための手段であり、例えば、特定の半導体検出素子の検出結果から所定の幅（例えば、１［ｋｅＶ］の幅である。）を有するエネルギーバンドのそれぞれにおけるフォトン数を取得し、それら複数のエネルギーバンドのそれぞれを代表するエネルギー（例えば、５９［ｋｅＶ］より大きく６０［ｋｅＶ］以下のエネルギーバンドを代表する６０［ｋｅＶ］のエネルギーである。）に対応する応答関数（以下、「エネルギーバンドに対応する応答関数」とする。この場合、６０［ｋｅＶ］の単色Ｘ線に対応する応答関数である。）を記憶部４に記憶された応答関数テーブル４０から読み出す。

その後、検出結果補正手段１１は、特定のエネルギーバンドにおけるフォトン数（検出結果）とその特定のエネルギーバンドに対応する応答関数とに基づいて、その特定の半導体検出素子に入射したその特定のエネルギーバンドを代表するＸ線エネルギーの伝播態様（空間方向への伝播態様（他の半導体検出素子への伝播態様）、及びエネルギー方向への伝播態様（その特定の半導体検出素子内の他のエネルギーバンドへの伝播態様）を含む。）を導き出し、その特定の半導体検出素子で検出されずに他の半導体検出素子のエネルギーバンドのそれぞれで検出されたフォトン数、及び、その特定の半導体検出素子におけるその特定のエネルギーバンドで検出されずにその特定の半導体検出素子における他のエネルギーバンドのそれぞれで検出されたフォトン数（以下、これらのフォトン数に関する情報を「検出結果補正情報」とする。）を算出する。

なお、本来ならばその特定の半導体検出素子におけるその特定のエネルギーバンドで検出されていたはずのフォトン数は、その特定の半導体検出素子で検出されずに他の半導体検出素子のエネルギーバンドのそれぞれで検出されたフォトン数、及び、その特定の半導体検出素子におけるその特定のエネルギーバンドで検出されずにその特定の半導体検出素子における他のエネルギーバンドのそれぞれで検出されたフォトン数を合計することによって算出され得る。

このようにして、検出結果補正手段１１は、好適には、全ての半導体検出素子の全てのエネルギーバンドのそれぞれに対応する検出結果補正情報を算出する。

また、検出結果補正手段１１は、好適には、検出が予定されるＸ線エネルギーのうちで最も高いＸ線エネルギー（すなわち、Ｘ線照射部６のＸ線源が発するＸ線の最大エネルギーである。）が属するエネルギーバンド（以下、「最高エネルギーバンド」とする。）からより低いエネルギーバンドに向かって検出結果補正情報を順番に算出する。なお、検出結果補正手段１１は、好適には、全ての半導体検出素子の最高エネルギーバンドにおける検出結果補正情報を算出した上で、全ての半導体検出素子の次に高いエネルギーバンドにおける検出結果補正情報を算出し、全ての半導体検出素子の最低エネルギーバンドにおける検出結果補正情報を算出するまで、検出結果補正情報の算出を繰り返すようにする。

この最も高いＸ線エネルギーには、それよりも高いエネルギーのＸ線からのエスケープピーク及び特性Ｘ線が含まれないので、検出結果補正手段１１は、即座に検出結果の補正を実行できるからである。

また、検出結果補正手段１１は、最高エネルギーバンド以外の他のエネルギーバンドに対応する検出結果補正情報を算出する場合には、算出対象であるその特定の半導体検出素子の特定のエネルギーバンドにおけるフォトン数（検出結果）に加えて、他の半導体検出素子から伝播してくるＸ線、及びその特定の半導体検出素子におけるより高いエネルギーバンドから伝播してくるＸ線を考慮する必要があるが、検出結果補正情報を最高エネルギーバンドから順番に算出していくことにより、最高エネルギーバンド以外の他のエネルギーバンドに対応する検出結果補正情報を算出する場合にも、他の半導体検出素子から伝播してくるＸ線、及びその特定の半導体検出素子におけるより高いエネルギーバンドから伝播してくるＸ線を事前に把握しておくことができ、即座に検出結果の補正を実行できるからである。

このようにして、検出結果補正手段１１は、最高エネルギーバンドからより低いエネルギーバンドに向かって順番に算出される検出結果補正情報に基づいて、全ての半導体検出素子の全てのエネルギーバンドにおけるＸ線の検出結果を一つ一つ順番に補正することができる。

この場合、検出結果補正手段１１は、好適には、全ての半導体検出素子の最高エネルギーバンドのそれぞれに対応する検出結果補正情報を算出し且つ補正を実行した上で全ての半導体検出素子における次に高いエネルギーバンドのそれぞれの検出結果補正情報を算出し且つ補正を実行するといった態様で、全ての半導体検出素子の全てのエネルギーバンドのそれぞれにおける検出結果補正情報を算出し且つ補正を実行するまで同じ処理を繰り返すようにするが、一の半導体検出素子における全てのエネルギーバンドのそれぞれに対応する検出結果補正情報を算出し且つ補正を実行した上で次の半導体検出素子における全てのエネルギーバンドのそれぞれに対応する検出結果補正情報を算出し且つ補正を実行するといった態様で、全ての半導体検出素子の全てのエネルギーバンドのそれぞれにおける検出結果補正情報を算出し且つ補正を実行するまで同じ処理を繰り返すようにしてもよい。

また、検出結果補正手段１１は、全ての半導体検出素子の全てのエネルギーバンドのそれぞれに対応する検出結果補正情報を算出した上で、全ての半導体検出素子の全てのエネルギーバンドのそれぞれにおけるＸ線の検出結果を一括して補正するようにしてもよい。

また、検出結果補正手段１１は、全ての半導体検出素子の最高エネルギーバンドのそれぞれに対応する検出結果補正情報を算出した上で、全ての半導体検出素子の最高エネルギーバンドのそれぞれにおけるＸ線の検出結果を一括して補正し、この処理を最低エネルギーバンドまで順番に繰り返すようにしてもよい。一の半導体検出素子に進入したＸ線のエネルギーが同じ大きさのエネルギーで他の半導体検出素子に伝播することはないので、検出結果補正手段１１は、他の半導体検出素子の同じエネルギーバンドから伝播してくるＸ線を考慮することなく、即座に検出結果の補正を実行できるからである。

また、検出結果補正手段１１は、Ｘ線照射部６が発するＸ線に関連する特性Ｘ線やエスケープピークが、エネルギーの伝播という物理現象の中で支配的である場合には、一の半導体検出素子における連続する複数のエネルギーバンド（他の半導体検出素子や他のエネルギーバンドから伝播してくる特性Ｘ線等が存在しないとされる連続する複数のエネルギーバンドである。）に対応する検出結果補正情報を高いエネルギーバンドから低いエネルギーバンドに向かって順番に算出し且つ補正を実行した上で、別の半導体検出素子における同じ複数のエネルギーバンドに対応する検出結果補正情報を算出し且つ補正を実行するといった態様で、全ての半導体検出素子における同じ複数のエネルギーバンドのそれぞれに対応する検出結果補正情報を算出し且つ補正を実行するまで、同様の処理を繰り返すようにしてもよい（以下、「第一繰り返し処理」とする。）。なお、検出結果補正手段１１は、全ての半導体検出素子における同じ複数のエネルギーバンドのそれぞれに対応する検出結果補正情報を算出した上で、全ての半導体検出素子における同じ複数のエネルギーバンドのそれぞれにおけるＸ線の検出結果を一括して補正するようにしてもよい。

その後、検出結果補正手段１１は、その一の半導体検出素子に戻って、その一の半導体検出素子における特定のエネルギーバンド（他の半導体検出素子や他のエネルギーバンドから伝播してくる特性Ｘ線等が存在するとされるエネルギーバンドである。）に対応する検出結果補正情報を算出し且つ補正を実行した上で、別の半導体検出素子における同じ特定のエネルギーバンドに対応する検出結果補正情報を算出し且つ補正を実行するといった態様で、全ての半導体検出素子における同じ特定のエネルギーバンドのそれぞれに対応する検出結果補正情報を算出し且つ補正を実行するまで、同様の処理を繰り返すようにする（以下、「第二繰り返し処理」とする。）。

その後、検出結果補正手段１１は、全ての半導体検出素子の全てのエネルギーバンドのそれぞれに対応する検出結果補正情報を算出し且つ補正を実行するまで、第一繰り返し処理と第二繰り返し処理とを交互に実行する。

なお、検出結果補正手段１１は、複数回の第一繰り返し処理を実行した後で、複数回の第二繰り返し処理を実行するようにしてもよく、全ての第一繰り返し処理を実行した後で、第二繰り返し処理を実行するようにしてもよい。

また、検出結果補正手段１１は、検出結果の補正の際に、例えば、デコンボリューション（脱畳み込み積分）を用いるが、逆行列手法等の当該技術分野で公知の他の手法を用いるようにしてもよい。しかしながら、検出結果補正手段１１は、デコンボリューション手法を用いた場合には検出結果の補正を確実に実現できるのに対し、逆行列手法を用いた場合には逆行列が存在しないときに検出結果の補正を実現できないこととなる点に留意すべきである。

ここで、図６を参照しながら、検出結果補正手段１１が半導体検出素子の検出結果を補正する処理（以下、「検出結果補正処理」とする。）について説明する。なお、図６は、検出結果補正処理の流れを示すフローチャートであり、制御部１は、キーボードやマウス等の入力手段を介した操作者の操作入力に応じてこの検出結果補正処理の実行を開始させるようにしてもよく、所定のタイミングで自動的にこの検出結果補正処理の実行を開始させるようにしてもよい。

最初に、検出結果補正手段１１は、隣接配置されたｍ個の半導体検出素子を有する半導体検出器２の端からＭ（＝１）番目の半導体検出素子に入射したＸ線のエネルギースペクトルのうち、第Ｎ（＝６０）レベル（６０［ｋｅＶ］〜５９［ｋｅＶ］の範囲に対応する最高エネルギーバンドである。）のエネルギーバンドに属するＸ線の検出結果を取得する（ステップＳ２）。なお、ステップＳ１において、Ｍ（１〜ｍの整数）は、初期値１とされ、Ｎ（１〜ｎの整数）は、初期値６０とされる。また、半導体検出器２に入射するＸ線のエネルギースペクトルは、例えば、縦軸にフォトン数を配し、横軸にエネルギーを配したヒストグラムで表され、エネルギーバンドは、１［ｋｅＶ］〜６０［ｋｅＶ］の範囲で１［ｋｅＶ］幅の６０段階に区分されているものとする。

その後、検出結果補正手段１１は、第Ｎ（＝６０）レベルのエネルギーバンドに対応する応答関数を記憶部４の応答関数テーブル４０から読み出し（ステップＳ３）、読み出した応答関数とステップＳ２で検出したフォトン数（検出結果）とに基づいて、端からＭ（＝１）番目にある半導体検出素子に入射した第Ｎ（＝６０）レベルのエネルギーバンドに属するＸ線に関する検出結果補正情報を算出する（ステップＳ４）。

その後、検出結果補正手段１１は、既に算出されている全ての検出結果補正情報（Ｍ＝１の場合、端から１番目にある半導体検出素子の検出結果補正情報のみである。）に基づいて、その端からＭ（＝１）番目にある半導体検出素子に入射した第Ｎ（＝６０）レベルのエネルギーバンドに属するＸ線のフォトン数（検出結果）を補正する（ステップＳ５）。

その後、検出結果補正手段１１は、ｍ個全ての半導体検出素子の第Ｎ（＝６０）レベルのエネルギーバンドに属するＸ線に関する検出結果補正情報を算出したか否か（すなわち、Ｍ＝ｍであるか否か）を判定し（ステップＳ６）、全ての検出結果補正情報を未だ算出していない（すなわち、Ｍ≠ｍである）と判定した場合には（ステップＳ６のＮＯ）、端からＭ＋１（＝２）番目の半導体検出素子の第Ｎ（＝６０）レベルのエネルギーバンドに入射したＸ線のフォトン数（検出結果）を取得できるようＭを１だけインクリメントし（ステップＳ７）、処理をステップＳ２に戻すようにする。

このようにして、検出結果補正手段１１は、ｍ個全ての半導体検出素子の第Ｎ（＝６０）レベルのエネルギーバンドに属するＸ線に関する検出結果補正情報を算出するまで、ステップＳ２〜Ｓ７までの処理を繰り返すようにする。

一方、ｍ個全ての半導体検出素子の第Ｎ（＝６０）レベルのエネルギーバンドに属するＸ線に関する検出結果補正情報を算出した（すなわち、Ｍ＝ｍである）と判定した場合（ステップＳ６のＹＥＳ）、検出結果補正手段１１は、第Ｎレベルから第１レベルまでの全てのエネルギーバンドに属するＸ線に関する検出結果補正情報を算出したか否か（すなわち、Ｎ＝１であるか否か）を判定する（ステップＳ８）。

全てのレベルのエネルギーバンドに属するＸ線に関する検出結果補正情報を未だ算出していない（すなわち、Ｎ≠１である）と判定した場合（ステップＳ８のＮＯ）、検出結果補正手段１１は、第Ｎ−１（＝５９）レベルのエネルギーバンド（５９［ｋｅＶ］〜５８［ｋｅＶ］の範囲に対応するエネルギーバンドである。）に入射したＸ線のフォトン数（検出結果）を取得できるよう、Ｍを１にリセットした上で、Ｎを１だけデクリメントし（ステップＳ９）、処理をステップＳ２に戻すようにする。

このようにして、検出結果補正手段１１は、全てのレベルのエネルギーバンドに属するＸ線に関する検出結果補正情報を算出するまで、ステップＳ２〜Ｓ８までの処理を繰り返すようにする。

その後、検出結果補正手段１１は、全てのエネルギーバンドに属するＸ線に関する検出結果補正情報を算出した（すなわち、Ｎ＝１である）と判定した場合に（ステップＳ８のＹＥＳ）、この検出結果補正処理を終了させるようにする。

図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、半導体検出素子の検出結果の一例を示す度数分布図であり、縦軸にフォトン数を配し、横軸にエネルギー［ｋｅＶ］を配する。また、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）における黒色の太線は、本来ならば検出されていたはずの真値を示し、図７（Ａ）における白色の一点鎖線は、半導体検出素子が実際に検出した補正前の値を示し、図７（Ｂ）における白色の破線は、検出結果補正手段１１によって補正された後の値を示す。

図７（Ａ）を参照すると、半導体検出素子が実際に検出した補正前の値は、本来ならば検出されていたはずの真値と比較して、他の半導体検出素子から来る特性Ｘ線等の影響を受けて２５［ｋｅＶ］付近で顕著に増大し、また、エスケープピークの発生による影響を受けて３０［ｋｅＶ］〜４０［ｋｅＶ］の範囲で顕著に減少していることが分かる。

一方で、図７（Ｂ）を参照すると、検出結果補正手段１１によって補正された後の検出結果の値は、ほぼ真値に沿ったものとなっていることが分かる。

以上の構成により、エネルギー弁別型放射線検出装置１００は、空間方向及びエネルギー方向への入射Ｘ線のエネルギーの伝播を考慮することで、隣接配置された複数の半導体検出素子のそれぞれの検出結果をより高精度に補正することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述の実施例において、エネルギー弁別型放射線検出装置１００は、放射線検出素子として半導体検出素子を用いるが、放射線検出素子としてシンチレータ及び光電子増倍管を用いて放射線を検出するようにしてもよい。なお、放射線検出素子としてシンチレータ及び光電子増倍管を用いた場合であっても、半導体検出素子を用いた場合と同様、検出結果補正手段１１による応答関数を用いた検出結果補正処理が同様に適用され得る。

また、上述の実施例において、画像処理手段１０及び検出結果補正手段１１は、制御部１のＲＯＭに記憶されるプログラムとして構成されるが、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアで構成されてもよい。

また、上述の実施例において、エネルギー弁別型放射線検出装置１００は、半導体検出器２に入射するＸ線を検出するものとして説明されるが、γ線等の他の放射線を検出するものであってもよい。

また、画像処理手段１０及び検出結果補正手段１１を構成するプログラムは、光学記憶媒体、磁気記憶媒体、半導体記憶媒体等のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶され且つ配布されてもよく、インターネット等のネットワークを通じて配布されてもよい。

１ 制御部
２ 半導体検出器
２−１、２−２、２−３、２−４、２−５ 半導体検出素子
３ 信号処理部
４ 記憶部
５ 表示部
６ Ｘ線照射部
１０ 画像処理手段
１１ 検出結果補正手段
３０ 増幅器
３１ エネルギー弁別器
４０ 応答関数テーブル
１００ エネルギー弁別型放射線検出装置

Claims (7)

1. 隣接配置された複数の放射線検出素子のそれぞれにおいて、所定幅を有するエネルギーバンド毎に放射線を弁別して検出する放射線検出装置であって、
   一の放射線検出素子から他の放射線検出素子への入射エネルギーの伝播と該一の放射線検出素子内におけるエネルギー方向への入射エネルギーの伝播とを表す応答関数を記憶する応答関数記憶手段と、
   前記応答関数記憶手段に記憶された前記応答関数と前記放射線検出素子のそれぞれで検出される放射線の検出結果とに基づいて前記放射線検出素子のそれぞれの検出結果を補正する検出結果補正手段と、
   を備える放射線検出装置。
2. 前記検出結果補正手段は、前記応答関数と一の放射線検出素子の一のエネルギーバンドで検出される放射線の検出結果とに基づいて、該一の放射線検出素子で検出されずに他の放射線検出素子のエネルギーバンドのそれぞれで検出されたフォトン数、及び、該一の放射線検出素子の一のエネルギーバンドで検出されずに該一の放射線検出素子の他のエネルギーバンドのそれぞれで検出されたフォトン数に関する情報を含む検出結果補正情報を算出した上で、該検出結果補正情報に基づいて放射線の検出結果を補正する手段であり、複数の放射線検出素子のそれぞれにおける複数のエネルギーバンドのそれぞれに対応する検出結果補正情報を、高いエネルギーバンドから低いエネルギーバンドに向かう順番で算出する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。
3. 前記検出結果補正手段は、複数の放射線検出素子のそれぞれにおける一のエネルギーバンドのそれぞれに対応する検出結果補正情報を算出した上で、該複数の放射線検出素子のそれぞれにおけるより低い他のエネルギーバンドのそれぞれに対応する検出結果補正情報を算出する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の放射線検出装置。
4. 前記検出結果補正手段は、一の放射線検出素子の複数のエネルギーバンドのそれぞれに対応する検出結果補正情報を高いエネルギーバンドから低いエネルギーバンドに向かう順番で算出した上で他の放射線検出素子の同じ複数のエネルギーバンドのそれぞれに対応する検出結果補正情報を高いエネルギーバンドから低いエネルギーバンドに向かう順番で算出する第一の繰り返し処理と、一の放射線検出素子の一のエネルギーバンドに対応する検出結果補正情報を算出した上で他の放射線検出素子の同じ一のエネルギーバンドに対応する検出結果補正情報を算出する第二の繰り返し処理とを組み合わせて、複数の放射線検出素子の複数のエネルギーバンドのそれぞれに対応する検出結果補正情報を算出する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の放射線検出装置。
5. 隣接配置された複数の放射線検出素子のそれぞれにおいて、所定幅を有するエネルギーバンド毎に弁別して検出される放射線の検出結果を補正する検出結果補正方法であって、
   一の放射線検出素子から他の放射線検出素子への入射エネルギーの伝播と該一の放射線検出素子内におけるエネルギー方向への入射エネルギーの伝播とを表す応答関数を読み出す応答関数読み出しステップと、
   前記応答関数読み出しステップで読み出される前記応答関数と前記放射線検出素子のそれぞれで検出される放射線の検出結果とに基づいて前記放射線検出素子のそれぞれの検出結果を補正する検出結果補正ステップと、
   を備える検出結果補正方法。
6. 請求項５に記載の検出結果補正方法を実行するためのプログラム。
7. 請求項６に記載のプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体。