JP3980451B2

JP3980451B2 - 波形弁別装置

Info

Publication number: JP3980451B2
Application number: JP2002255534A
Authority: JP
Inventors: 宏隆酒井; 公一山田; 彰柚木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2022-08-30
Also published as: JP2004093383A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は放射線等の粒子線の測定用装置に係り、特に信号波形を処理する波形弁別装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放射線検出器などの出力波形信号は入射粒子の線種、エネルギ、位置、方向等によってその最大振幅だけでなく、立ち上がり時間、減衰時間等といった値が異なる。これらを弁別するため、従来では複雑なアナログ的な回路を用いてアナログ的な波形処理により注目する立ち上がり時間や、減衰時間等に相当する信号を振幅に変換して取得していた（例えば特開２０００−６５９３６号公報）。
【０００３】
しかしながら、ノイズの混入防止やタイミング特性の保持など、実際に機器に使用する際には高度なアナログ回路の設計が不可欠であり、その適用先も限られたものであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来ではアナログ的な回路を用いた波形処理により、立ち上がり時間や減衰時間等に相当する信号を振幅に変換して取得していたため、ノイズの混入防止やタイミング特性の保持など、実際に機器に使用する際には高度なアナログ回路の設計が不可欠であり、その適用先も限られたものであった。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、予め定めた複数の時間経過時の波形が有する振幅、すなわち波高をＡ／Ｄ変換し、その波高の組合せを基に波形弁別を行うことで、アナログ的な処理によらない簡便な波形弁別装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、請求項１に係る発明では、パルス入力部と、このパルス入力部からのパルス入力によりスタート信号を発生するスタート信号発生部と、このスタート信号発生部からの信号を受け、それぞれ異なるタイミングでデータ取得信号を生成する複数のデータ取得信号発生部と、これらのデータ取得信号発生部からの信号を受け、波形の各タイミングでの波高の数値への変換を行う複数の波高変換部と、それら変換された数値の組合せをもって波形パターンを識別し、パターンごとの対応した出力部に出力を行うパターン識別部と、入射した粒子線の種類によって取得する各測定タイミングでの波高値が異なる波形を生じる粒子線検出器を接続することで粒子線の種類ごとの出力を求める手段とを備えたことを特徴とする波形弁別装置を提供する。
【０００７】
請求項２に係る発明では、パルス入力部と、このパルス入力部からのパルス入力によりスタート信号を発生するスタート信号発生部と、このスタート信号発生部からの信号を受け波高のデジタル変換の開始信号を予め定められたタイミングにおいて複数回数発生させるデータ取得信号発生部と、このデータ取得信号発生部からの信号を受ける毎に波形の各タイミングでの波高の数値への変換を行う波高変換部と、それら変換された数値の組合せをもって波形パターンを識別し、パターンごとの対応した出力部に出力を行うパターン識別部と、入射した粒子線の種類によって取得する各測定タイミングでの波高値が異なる波形を生じる粒子線検出器を接続することで粒子線の種類ごとの出力を求める手段とを備えたことを特徴とする波形弁別装置を提供する。
【０００８】
請求項３に係る発明では、請求項１または請求項２記載の波形弁別装置において、前記波高変換部にて得られた測定タイミングの異なる複数の波高値のうち、ひとつを基準とし、残りの値をその基準値で除し、その値を基に予め定められた値の範囲に応じて対応する出力部に出力を行うことを特徴とする波形弁別装置を提供する。
【０００９】
請求項４に係る発明では、請求項１または請求項２記載の波形弁別装置において、波形弁別装置の前記波高変換部にて得られた複数の波高値の組合せを配列として取扱い、その配列と、予め定められている固有の１個または複数の配列との比較等のパターン弁別に従い出力部に出力を行うことを特徴とする波形弁別装置を提供する。
【００１１】
なお、請求項１〜４に係る発明においては、入射した粒子線の位置によって取得する各測定タイミングでの波高値の組合せが異なる波形を生じる粒子線検出器を接続することで粒子線の入射位置毎に弁別された出力を求めることが望ましい。
【００１２】
また、請求項１〜４に係る発明においては、入射した粒子線の入射方向によって取得する各測定タイミングでの波高値の組合せが異なる波形を生じる粒子線検出器を接続することで粒子線の入射方向毎に弁別された出力を求めることが望ましい。
【００１３】
また、請求項１〜４に係る発明においては、波形弁別装置につながる信号線に、それぞれ取得する各測定タイミングでの波高値の組合せが異なる波形を生じる検出器複数台を同時につなぎ、その波形を弁別することで１本の信号線で複数台の検出器の出力を伝送することが望ましい。
【００１４】
また、請求項１〜４に係る発明においては、検出器からの信号線をつなぎ、検出器由来の信号と信号線からの雑音など検出器以外の要素による信号とを弁別し、検出器由来の信号のみを計数することが望ましい。
【００１５】
請求項５に係る発明では、請求項３記載の波形弁別装置において、二つの波高値を取得する構成とし、先に波形を取得するタイミングを、立ち上がりの早い波形が最大値を取るタイミングとし、次の波形を取得するタイミングを立ち上がりの早い波形がすでに減衰に転じているようなタイミングとなるようにし、この時、先に取得した波高値を後に取得した波高値で除算した値が、立ち上がり時間が二つの波高の取得間隔の時間よりも十分に長ければ除算した値が予め定められた値を超え、立ち上がり時間が二つの波高の取得間隔の時間時間以下であれば予め定められた値以下となることを利用して、立ち上がりの早い信号波形と遅い信号波形とを弁別する手段を備えたことを特徴とする波形弁別装置を提供する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る波形弁別装置の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【００１７】
第１実施形態（図１）
本実施形態では、異なる経過時間毎の入力信号の波高値をもとに波形弁別を行う波形弁別装置について説明する。
【００１８】
図１に示すように、この波形弁別装置では、パルス入力部１と、このパルス入力部１からのパルス入力ｓ１によりスタート信号ｓ２を発生するスタート信号発生部２と、このスタート信号発生部２からの信号ｓ２を受け、それぞれ遅延回路部３により異なるタイミングでデータ取得信号ｓ３を生成する複数のデータ取得信号発生部（１〜ｎ）４，５，６とを備える。また、複数の波高変換部（１〜ｎ）７，８，９と、パターン識別部１０と、出力部１１とを備える。
【００１９】
そして、データ取得信号発生部４，５，６からの信号ｓ３を受け、複数の波高変換部（１〜ｎ）７，８，９により波形の各タイミングでの波高の数値への変換を行い、それら変換された信号ｓ４による数値の組合せをもってパターン識別部１０により波形パターンを識別し、パターン（例えばパターンＡ，Ｂ，Ｃ）ごとの対応した出力部１１に出力Ｐａ（パターンＡ），Ｐｂ（パターンＢ），Ｐｃ（パターンＣ）が行われる。
【００２０】
このように構成した波形弁別装置によれば、入力信号の異なる経過時間ごとの波高値をもとに、波形の弁別を行うことができる。
【００２１】
第２実施形態（図２）
本実施形態では、予め定められた時間経過後の波高値の組合せを取得することができる波形弁別装置について説明する。
【００２２】
図２に示すように、本実施形態の波形弁別装置は、パルス入力部１と、スタート信号発生部２と、スタート信号発生部２からの信号ｓ２を受けて波高のデジタル変換の開始信号を予め定められた回数ごとに任意の時間間隔にて発生させるデータ取得信号発生部４とを備える。また、データ取得信号発生部４からの信号ｓ４を受ける毎に波高値変換タイミング調整のための遅延回路部３を通った後の波形の各タイミングで波高の数値への変換を行う波高変換部７を備える。
【００２３】
これにより、スタート時間から予め定められた時間経過後の波高値の組合せを取得することができる。それら数値の組合せをもって入射パターンを識別し、パターンごとの対応した端子に出力を行うパターン識別部で構成した波形弁別装置により、波形の弁別を行うことができる。
【００２４】
第３実施形態（図１、図２）
本実施形態では、経過時間の異なる２つ以上の波高値の割合をもとに波形弁別を行う波形弁別装置について説明する。
【００２５】
すなわち、パターン変換部７にて得られた測定タイミングの異なる複数の波高値のうち、ひとつを基準とし、残りの値をその基準値で除し、その値を基に予め定められた値の範囲（実験等を先にしておき、蓄積したデータを使用する）に応じて対応する出力部に出力を行う。
【００２６】
例えば第１実施形態および第２実施形態の波形弁別装置のパターン変換部７において得られた複数の波高値のうち、ｔ_１秒経過後の波高値をＨ_１、ｔ_２経過後の波高値をＨ_２とする。この２つの値より、弁別パラメータＳを以下のように求める。
【００２７】
【数１】
Ｓ＝Ｈ_１／Ｈ_２
このＳの値により、予め各出力端子毎に定められた値の範囲に応じて対応する出力端子に出力を行うことで波形弁別を行う。
【００２８】
第４実施形態
本実施形態では、第１実施形態および第２実施形態の波形弁別装置のパターン変換部において、得られた複数の波高値のうち、ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３，…ｔ_ｎ秒経過後の値をそれぞれ、Ｈ_１，Ｈ_２，Ｈ_３，…Ｈ_ｎという値とする。この値を、配列Ｐ＝（Ｈ_１，Ｈ_２，Ｈ_３，…Ｈ_ｎ）という形で取扱う。
【００２９】
また、予め比較配列として、Ｃ_ａ＝（Ｃ_ａ１，Ｃ_ａ２，Ｃ_ａ３，…Ｃ_ａｎ），Ｃ_ｂ＝（Ｃ_ｂ１，Ｃ_ｂ２，Ｃ_ｂ３，…Ｃ_ｂｎ），Ｃ_ｃ＝（Ｃ_ｃ１，Ｃ_ｃ２，Ｃ_ｃ３，…Ｃ_ｃｎ）…Ｃ_ｘ＝（Ｃ_ｘ１，Ｃ_ｘ２，Ｃ_ｘ３，…Ｃ_ｘｎ）といった配列を用意しておく。この比較配列はそれぞれ特定の出力ｃｈと対応がつけられている。
【００３０】
そして、パターンＰと比較配列Ｃ_ｋとの間での距離Ｄ_ｋという値を
【数２】

という形で定義し、このＤ_ｋがもっとも小さくなる比較配列に対応する出力チャンネルに出力を行うことで波形弁別を行う。
【００３１】
本実施形態によれば、経過時間の異なる２つの波高値の割合を基に波形弁別を行う波形弁別装置を求めることができる。
【００３２】
第５実施形態
本実施形態では、第１実施形態の波形弁別装置のパターン変換部において、得られた複数の波高値のうち、ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３，…ｔ_ｎ秒経過後の値をそれぞれ、Ｈ_１，Ｈ_２，Ｈ_３，…Ｈ_ｎという値とする。この値を、配列Ｐ＝（Ｈ_１，Ｈ_２，Ｈ_３，…Ｈ_ｎ）という形で取扱う。
【００３３】
また、予め比較配列として、Ｃ＝（Ｃ_１，Ｃ_２，Ｃ_３，…Ｃ_ｎ）という配列を用意しておく。そして、パターンＰと比較配列Ｃとの間の内積Ｍを
【数３】

という形で定義する。このＭの値により、予め各出力端子毎に定められた値の範囲に応じて対応する出力端子に出力を行うことで波形弁別を行う。
【００３４】
本実施形態によれば、経過時間の異なる２つの波高値の割合を基に波形弁別を行う波形弁別装置を求めることができる。
【００３５】
第６実施形態
本実施形態では、経過時間の異なる複数の波高値の組合せと予め定められている値との比較によって、波形弁別を行う波形弁別装置について説明する。
【００３６】
第１実施形態および第２実施形態の波形弁別装置のパターン変換部において、得られた複数の波高値のうち、ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３，…ｔ_ｎ秒経過後の値をそれぞれ、Ｈ_１，Ｈ_２，Ｈ_３，…Ｈ_ｎという値とする。この値を、配列Ｐ＝（Ｈ_１，Ｈ_２，Ｈ_３，…Ｈ_ｎ）という形で取扱う。
【００３７】
このパターンＰを予めパターンに応じて出力ｃｈを決定するように最適化された階層型ニューラルネットワーク等のパターン識別アルゴリズムへと入力しその応答に従い定められた出力ｃｈに出力を行う。
【００３８】
本実施形態によれば、経過時間の異なる複数の波高値の組合せと予め定められている値との比較・演算によって、パターン弁別を行うことができる。
【００３９】
第７実施形態
本実施形態では、波形弁別装置に、入射した粒子線の種類によって波形の異なる粒子線検出器を接続することで粒子線の種類毎に弁別された出力を行う粒子線検出装置について説明する。
【００４０】
第１〜第６実施形態の波形弁別装置に、入射した粒子線の種類によってそれぞれ取得する各測定タイミングでの波高値の組合せが異なるような粒子線検出器を接続することで粒子線の種類毎に弁別された出力を求める。入射した粒子の種類により波形の異なる粒子線検出器としては、ＺｎＳ（Ａｇ）の薄い層と、プラスチックシンチレータの厚い層を重ね合わせ、ひとつの光センサにて検出する形の粒子線検出器等が挙げられる。
【００４１】
本実施形態によれば、波形弁別装置に入射した粒子線の種類によって波形の異なる粒子線検出器を接続することで，粒子線の種類毎のカウントを出力することができる。
【００４２】
第８実施形態
本実施形態では、第１実施形態〜第３実施形態の波形弁別装置に、入射した粒子線の位置によって波形の異なる粒子線検出器を接続することで粒子線の入射位置毎に弁別された出力を行う粒子線検出装置について説明する。
【００４３】
第１〜第６実施形態の波形弁別装置に、入射した粒子線の位置によってそれぞれ取得する各測定タイミングでの波高値の組合せが異なるような粒子線検出器を接続することで粒子線の位置毎に弁別された出力を求める。粒子線の入射位置により波形の異なる粒子線検出器としては、抵抗性の芯線を用い、片側をコンデンサを介して接地させ、もう一端から信号を読み出す片側読出し位置検出型比例計数管などが挙げられる。
【００４４】
本実施形態によれば、波形弁別装置に入射した粒子線の位置によって波形の異なる粒子線検出器を接続することで、粒子線の入射位置毎に弁別された出力を行うことができる。
【００４５】
第９実施形態
本実施形態では、第１実施形態〜第３実施形態の波形弁別装置に、入射した粒子線の入射方向によって波形の異なる粒子線検出器を接続することで粒子線の入射方向毎に弁別された出力を行う粒子線検出装置について説明する。
【００４６】
第１〜第６実施形態の波形弁別装置に、入射した粒子線の入射方向によってそれぞれ取得する各測定タイミングでの波高値の組合せが異なるような粒子線検出器を接続することで粒子線の入射方向毎に弁別された出力を求める。粒子線の入射方向により波形の異なる粒子線検出器としては同軸型の電極配置をした半導体検出器などが挙げられる。
【００４７】
本実施形態によれば、入射した粒子線の入射方向によって波形の異なる粒子線検出器を接続することで、粒子線の入射方向毎に弁別された出力を行うことができる。
【００４８】
第１０実施形態
本実施形態では、第１実施形態〜第６実施形態の波形弁別装置に接続される信号線に、それぞれ出力波形の異なる検出器複数台を同時に接続し、その波形を弁別することで１本の信号線で複数台の検出器の出力を伝送する信号計数装置について説明する。
【００４９】
すなわち、第１〜第６実施形態の波形弁別装置につながる信号線に、それぞれ取得する各測定タイミングでの波高値の組合せが異なるような検出器複数台を同時に接続し、その波形を弁別することで、１本の信号線で複数台の検出器の出力を伝送することができる。
【００５０】
本実施形態によれば、波形弁別装置につながる信号線に、それぞれ出力波形の異なる検出器複数台を同時に接続し、その波形を弁別することで１本の信号線で複数台の検出器の出力を伝送することができる。
【００５１】
第１１実施形態
本実施形態では、第１実施形態〜第６実施形態の波形弁別装置に検出器からの信号線をつなぎ、検出器由来の信号と、信号線からの雑音など検出器以外の要素による信号とを弁別し、検出器由来の信号のみを計数する信号計数装置について説明する。
【００５２】
すなわち、雑音等のノイズ対応パターンは予め知ることができるので、このノイズパターンを予め蓄積しておき、このノイズパターンと検出器のパターンとを比較する。
【００５３】
このように、第１〜第６実施形態の波形弁別装置により、接続された検出器から出力される信号波形のパターンのみを弁別し、計数することで、接続された検出器によらない雑音等の影響を除去することができる。
【００５４】
本実施形態によれば、検出器由来の信号と、信号線からの雑音など検出器以外の要素による信号とを弁別し、検出器由来の信号のみを計数することができる。
【００５５】
第１２実施形態（図３）
本実施形態では、予め設定した時間より、立ち上がり時間が早い波形と遅い波形を弁別する波形弁別装置について説明する。図３は、縦軸に波高値、横軸に時間を表した２種類の入力信号波形を示したものであり、上段の曲線は立ち上がりの早い波形Ａ、下段の曲線は立ち上がりの遅い波形Ｂを表している。
【００５６】
図３に示すように、本実施形態では、立ち上がりの早い波形Ａと遅い波形Ｂとを弁別するために、第３実施形態における二つの波高値を取得する構成とし、先に波形を取得するタイミングを立ち上がりの早い波形Ａが最大値を取るタイミングＴ１とし、次の波形Ｂを取得するタイミングを立ち上がりの早い波形Ａがすでに減衰に転じているようなタイミングＴ２となるようにする。
【００５７】
この時、先に取得した波高値Ｈ１ａ、Ｈ１ｂを後に取得した波高値Ｈ２ａ，Ｈ２ｂで除算した値が、立ち上がり時間が短ければ除算した値が予め定められた値を超え、立ち上がり時間長ければ予め定められた値以下となることを利用して、立ち上がりの早い信号波形と遅い信号波形を弁別することができる。
【００５８】
例えば、一般的な有機シンチレータの出力信号の立ち上がり時間が数十ナノ秒であり、一般的な無機シンチレータの出力信号の立ち上がり時間が数マイクロ秒程度であることから、薄い無機シンチレータ層の下に厚い有機シンチレータ層を張り合わせ、両者からの出力を単一の光センサで電気信号に変換する構成とした場合、１回目のデータ取得を信号が立ち上がり始めてから数十ナノ秒程度経過したタイミングとし、２回目のデータ取得をそれから１マイクロ秒程度以上後のタイミングとして上記の考え方で弁別することで、無機シンチレータ層で主にエネルギが吸収され立ち上がりの遅い信号を発生させるアルファ線と、有機シンチレータ層で主にエネルギが吸収され、立ち上がりの早い信号を発生させる電子線との弁別を行うことができる。
【００５９】
本実施形態によれば、予め設定した時間より、立ち上がり時間が早い波形と遅い波形を弁別する波形弁別装置を求めることができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、予め定めた複数の時間経過時の波高をＡ／Ｄ変換し、その波高の組合せを基に波形弁別を行うことで、アナログ的な処理によらない簡便な波形弁別装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す処理ブロックの概略図。
【図２】本発明の第２実施形態を示す処理ブロックの概略図。
【図３】本発明の第１２実施形態を示す処理方法についての線図。
【符号の説明】
１…パルス入力部、２…スタート信号発生部、３…遅延回路部、４，５，６…データ取得信号発生部、７，８，９…波高変換部、１０…パターン識別部、１１…出力部。

Claims

パルス入力部と、このパルス入力部からのパルス入力によりスタート信号を発生するスタート信号発生部と、このスタート信号発生部からの信号を受け、それぞれ異なるタイミングでデータ取得信号を生成する複数のデータ取得信号発生部と、これらのデータ取得信号発生部からの信号を受け、波形の各タイミングでの波高の数値への変換を行う複数の波高変換部と、それら変換された数値の組合せをもって波形パターンを識別し、パターンごとの対応した出力部に出力を行うパターン識別部と、入射した粒子線の種類によって取得する各測定タイミングでの波高値が異なる波形を生じる粒子線検出器を接続することで粒子線の種類ごとの出力を求める手段とを備えたことを特徴とする波形弁別装置。
パルス入力部と、このパルス入力部からのパルス入力によりスタート信号を発生するスタート信号発生部と、このスタート信号発生部からの信号を受け波高のデジタル変換の開始信号を予め定められたタイミングにおいて複数回数発生させるデータ取得信号発生部と、このデータ取得信号発生部からの信号を受ける毎に波形の各タイミングでの波高の数値への変換を行う波高変換部と、それら変換された数値の組合せをもって波形パターンを識別し、パターンごとの対応した出力部に出力を行うパターン識別部と、入射した粒子線の種類によって取得する各測定タイミングでの波高値が異なる波形を生じる粒子線検出器を接続することで粒子線の種類ごとの出力を求める手段とを備えたことを特徴とする波形弁別装置。
請求項１または請求項２記載の波形弁別装置において、前記波高変換部にて得られた測定タイミングの異なる複数の波高値のうち、ひとつを基準とし、残りの値をその基準値で除し、その値を基に予め定められた値の範囲に応じて対応する出力部に出力を行うことを特徴とする波形弁別装置。
請求項１または請求項２記載の波形弁別装置において、波形弁別装置の前記波高変換部にて得られた複数の波高値の組合せを配列として取扱い、その配列と、予め定められている固有の１個または複数の配列との比較等のパターン弁別に従い出力部に出力を行うことを特徴とする波形弁別装置。
請求項３記載の波形弁別装置において、二つの波高値を取得する構成とし、先に波形を取得するタイミングを、立ち上がりの早い波形が最大値を取るタイミングとし、次の波形を取得するタイミングを立ち上がりの早い波形がすでに減衰に転じているようなタイミングとなるようにし、この時、先に取得した波高値を後に取得した波高値で除算した値が、立ち上がり時間が二つの波高の取得間隔の時間よりも十分に長ければ除算した値が予め定められた値を超え、立ち上がり時間が二つの波高の取得間隔の時間時間以下であれば予め定められた値以下となることを利用して、立ち上がりの早い信号波形と遅い信号波形とを弁別する手段を備えたことを特徴とする波形弁別装置。