JP4861864B2

JP4861864B2 - 閾値決定方法

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Publication number: JP4861864B2
Application number: JP2007067144A
Authority: JP
Inventors: 康弘富田; 雄二白柳; 信二郎松井
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2007-03-15
Filing date: 2007-03-15
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2027-03-15
Also published as: JP2008224609A

Description

本発明は、エネルギー弁別型フォトンカウンティング放射線検出器におけるエネルギー弁別用のエネルギー閾値の決定方法に関するものである。

従来、この分野の技術として利用される放射線検出器としては例えば特許文献１に記載のものがある。特許文献１には、核医学診断などに利用されるイメージング装置が開示されており、このイメージング装置では、被検者に投与されたＲＩ（放射線同位元素）を検出して画像を得る。また、特許文献１に記載のイメージング装置では、放射線検出手段は、入射した放射線のエネルギーに対応したエネルギー信号を出力する。そして、２つの基準信号（エネルギー閾値）で決まる所定のエネルギーウインドウでエネルギー信号を弁別し、弁別されたエネルギー信号をカウントして検出データを取得する。そして、特許文献１に記載の技術では、上記エネルギーウインドを区切るための基準信号（エネルギー閾値）は、ＲＩのピークエネルギー値に基づいてエネルギーウインドウが所定の幅を有するように設定されており、測定時に、エネルギーウインドウをシフトさせて散乱線の影響の低減を図っている。
特開平８−１６６４５７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、エネルギーウインドウのシフト量を、単に、ＲＩのピークエネルギー値と、コンプトン散乱のピークエネルギー値とに基づいて計算することによって算出しているため、例えば白色X線のような連続したエネルギー分布を持つ放射線に対しては、散乱成分を効率良く除去することは困難であった。

そこで、本発明は、散乱成分をより効率良く分離可能なエネルギー閾値を決定できる閾値決定方法を提供することを目的としている。

本発明に係る閾値決定方法は、複数の放射線検出素子が配列されてなる放射線検出部を有するエネルギー弁別型の放射線検出器でのエネルギー弁別のためのエネルギー閾値を決定する閾値決定方法であって、（１）放射線源から出力された放射線を放射線検出器によって検出する第１の放射線検出工程と、（２）第１の放射線検出工程での検出データに基づいて、放射線検出部において放射線源から出力された放射線のうち直進成分を検出している放射線検出素子を複数含む領域を第１領域として設定すると共に、放射線検出部において放射線源から出力された放射線のうち散乱成分を検出している放射線検出素子を複数含む領域を第２領域として設定する領域設定工程と、（３）第１の放射線検出工程での検出データに基づいて、第１領域内の複数の放射線検出素子に関連付けられたカウント値の平均値に対する第２領域内の複数の放射線検出素子に関連付けられたカウント値の平均値の比を第１カウント比として算出する第１カウント比算出工程と、（４）放射線源と放射線検出器との間に被照射物を配置し、放射線源から出力され被照射物を通過した放射線を放射線検出器によってエネルギー弁別のための第１〜第ｎのエネルギー閾値毎に検出する第２の放射線検出工程と、（５）第２の放射線検出工程での第１〜第ｎのエネルギー閾値毎の検出データに基づいて、第１領域内の複数の放射線検出素子に関連付けられたカウント値の平均値に対する第２領域内の複数の放射線検出素子に関連付けられたカウント値の平均値との比としての第２カウント比をそれぞれ算出する第２カウント比算出工程と、（６）第１〜第ｎのエネルギー閾値のうち、ｎ個の第２カウント比の中から第１カウント比に基づいて決まる所定の条件により選択される第２カウント比に関連付けられたエネルギー閾値を直進成分弁別用閾値として決定する閾値決定工程と、を備えることを特徴とする。

上記方法において、第１の放射線検出工程では、放射線源から出力された放射線を放射線検出器で検出するにあたって、放射線源、及び放射線検出器の幾何学的配置や放射線源における放射線発生源の焦点の大きさや形状等により決定される複数の局所的な放射線素子に主に放射線が照射されるが、空気中の散乱などによりその周囲の放射線検出素子でも放射線が検出される。従って、放射線検出部が有する複数の放射線検出素子には、放射線源から出力された放射線のうち直進成分を検出している放射線検出素子と、散乱成分を検出している放射線検出素子とが存在することになる。そして、第１の放射線検出工程では、放射線検出器で検出される放射線は直進成分が支配的である。そのため、上記直進成分を検出している放射線検出素子の検出結果に対応するカウント値が大きくなり、散乱成分を検出している放射線検出素子の検出結果に対応するカウント値は小さくなる。よって、検出データに基づいて、放射線検出部のうち、上記直進成分を検出している放射線検出素子を含む領域と、散乱成分を検出している放射線検出素子を含む領域とを選別できることになる。

そこで、上記方法では、領域設定工程により、検出データに基づいて、放射線検出部において放射線検出器に入射した放射線のうち直進成分を検出している放射線検出素子を複数含む領域を第１領域として設定し、放射線検出部において、散乱成分を検出している放射線検出素子を複数含む領域を第２領域として設定する。そして、第１カウント比算出工程により第１領域内のカウント値の平均値に対する第２領域内のカウント値の平均値の比を第１カウント比として算出する。

また、上記方法では、第２の放射線検出工程を実施することにより、放射線源と放射線検出器との間に配置された被照射物を通った放射線を放射線検出器により検出する。この際、第１〜第ｎのエネルギー閾値を用いて放射線を検出する。そして、第２カウント比算出工程において、第１〜第ｎのエネルギー閾値毎に第２カウント比を算出する。これによりｎ個の第２カウント比が取得されることになる。

そして、閾値決定工程では、第１〜第ｎのエネルギー閾値のうち、ｎ個の第２カウント比の中から第１カウント比によって決まる所定の条件により選択される第２カウント比に対応するエネルギー閾値を直進成分弁別用閾値として決定する。

第１〜第ｎのエネルギー閾値のうちより大きなエネルギー閾値の検出データでは、散乱成分が多く除去されていることになるので、第２カウント比は小さくなり、第１カウント比に近づく。そのため、第１カウント比によって決まる所定の条件により第２カウント比を選択して、それに対応するエネルギー閾値を直進成分弁別用閾値として決定することで、散乱成分をより確実に分離可能であって直進成分をより正確に弁別できるエネルギー閾値を決定できることになる。

また、上記閾値設定方法では、実際の検出データを参照して、第１領域と第２領域を設定し、第１領域及び第２領域内のカウント値を利用しながら直進成分弁別用閾値を決定していることから、その直進成分弁別用閾値をエネルギー閾値として使用してエネルギー弁別することで、放射線検出器が検出する放射線における直進成分が支配的な検出データを取得可能である。

よって、直進成分弁別用閾値を設定した状態で被照射物に放射線を照射して被照射物を透過した放射線を検出することで、散乱成分がより多く除去され直進成分が支配的な検出データに基づいて透過画像を形成することが可能である。その結果、被照射物の厚さ、材質等をより正確に取得可能であり、また、被照射物の輪郭等がよりはっきりした透過像を得ることができる。

また、本発明に係る閾値決定方法では、上記直進成分弁別用閾値を決定するための基準となる基準カウント比を第１カウント比に基づいて算出する基準カウント比算出工程を更に備えており、閾値決定工程では、基準カウント比に最も近いことを所定の条件としてｎ個の第２カウント比の中から第２カウント比を選択することが有効である。

この場合、上記基準カウント比は、予め設定されている散乱成分許容値を第１カウント比に乗算して算出することが好適である。

第１カウント比を算出する際に利用する散乱領域内のカウント比は、被照射物を通っていない放射線による散乱成分によるものであり、所定の放射線源及び放射線検出器を含んで構成される測定系毎に特有のものである。そこで、被照射物を配置した場合に第１カウント比に対して許容可能な散乱成分の量を散乱成分許容値として予め決定しておき、第１カウント比に乗算して基準カウント比を算出することで、散乱成分を所望量除去した検出データを得ることが可能である。

また、本発明に係る閾値決定方法の上記閾値決定工程では、放射線源から放射線を出力しない状態においてエネルギー閾値を変化させながら放射線検出器によって取得されるカウント値のうち略最小のカウント値になるエネルギー閾値を初期閾値として決定する初期閾値決定工程を更に備えことが好ましい。

上記のように決定された初期閾値を利用してエネルギー弁別して取得された検出データには、直進成分に加えて散乱成分に対応する検出データが含まれることになる。そこで、初期閾値のみを利用して取得された検出データから直進成分弁別用閾値を利用して取得された検出データを減算することで、初期閾値を下限閾値として、直進成分弁別用閾値を上限閾値として決まるエネルギー領域であって散乱成分が支配的なエネルギー領域で検出データを取得することができる。

更に、本発明に係る閾値決定方法の閾値決定工程では、第１カウント比に最も近いことを所定の条件としてｎ個の第２カウント比の中から第２カウント比を選択することが好ましい。

第１〜第ｎのエネルギー閾値のうち、ｎ個の第２カウント比の中から第１カウント比に最も近いことを条件として選択された第２カウント比に対応するエネルギー閾値を直進成分弁別用閾値として決定することで散乱成分をより多く分離できることになるので、直進成分を更に正確に弁別することが可能である。

また、本発明に係る閾値決定方法の領域設定工程では、第１領域を、放射線検出部のうち第１カウント値以上のカウント値に関連付けられた放射線検出素子を複数含む領域として設定すると共に、第２領域を放射線検出部のうち第１カウント値より小さい第２カウント値以下のカウント値に関連付けられた放射線検出素子を複数含む領域として設定することが好ましい。

本発明の閾値決定方法によれば、散乱成分をより効率よく分離可能なエネルギー閾値を決定することが可能である。

以下、図面とともに本発明による閾値決定方法の実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。

本発明は、エネルギー弁別型であってフォトンカウンティング法により放射線Ｒを検出する放射線検出器においてエネルギー弁別のためのエネルギー閾値を決定する方法に関するものである。そして、本発明が適用される放射線検出器は、空港での手荷物検査や食品中の混入物検査等を実施するための非破壊検査システムに好適に利用される。

図１は、本発明の閾値決定方法の一実施形態が適用される放射線検出器を含む非破壊検査システムのブロック図である。なお、図１では、非破壊検査システム１で検査する散乱体としての被検査物（被照射物）５及び後述するエネルギー弁別用のエネルギー閾値を決定する際等に利用するコリメータ６も一緒に示している。

図１に示すように、非破壊検査システム１は、放射線Ｒを出力する放射線源２と、エネルギー弁別型であってフォトンカウンティング法により放射線Ｒを検出する放射線検出器３と、放射線検出器３に電気的に接続された入出力装置４とを有する。入出力装置４は、キーボード等の入力部４１と、ディスプレイ等の表示部４２とを含んで構成されており、操作者からの指示や数値データ等を入力部４１を通して放射線検出器３に入力すると共に、表示部４２によって放射線検出器３からのデータ（検出データや数値データ等）を表示する。なお、入出力装置４は放射線検出器３の一部とし、放射線検出器３に一体的に設けられていてもよい。

放射線検出器３は、放射線検出部３１と、増幅部３２と、電圧比較部３３と、閾値設定部３４と、計数処理部３５と、記憶部３６と、制御部３７とを含んで構成されている。

放射線検出部３１は、複数の放射線検出素子３１_１〜３１_ｍ（ｍは２以上の整数）がライン状に配列されてなるラインセンサ（図３参照）であり、各放射線検出素子３１_１〜３１_ｍは、入射した放射線Ｒを、そのエネルギーに応じた波高値を有するパルス信号に変換して出力する。放射線検出素子３１_１〜３１_ｍとしては、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）を利用したものが例示される。

増幅部３２は、放射線検出部３１の後段に設けられており、各放射線検出素子３１_１〜３１_ｍから出力されたパルス信号をそれぞれ増幅し波形整形した後に電圧比較部３３に入力する。

電圧比較部３３は、各放射線検出素子３１_１〜３１_ｍに関連づけられて入力されたパルス信号を、閾値設定部３４によって設定されるエネルギー閾値に応じてエネルギー弁別して計数処理部３５に出力する。より具体的には、電圧比較部３３は、エネルギー閾値に対応しており閾値設定部３４により入力される電圧値と、増幅部３２から入力されたパルス信号の波高値とを比較し、閾値設定部３４により設定されている比較用の電圧値以上の波高値を有するパルス信号を弁別して計数処理部３５に出力する。

計数処理部３５は、各放射線検出素子３１_１〜３１_ｍから出力され電圧比較部３３によりエネルギー弁別されたパルス信号を計数し、その計数結果であるカウント値を各放射線検出素子３１_１〜３１_ｍに関連付けて記憶部３６に入力する。記憶部３６は、計数処理部３５からのカウント値を各放射線検出素子３１_１〜３１_ｍに関連付けて記録すると共に、放射線検出に要する他の種々の情報を記録する。

制御部３７は、閾値設定部３４で設定するエネルギー閾値を決定するために所定の演算を実施する演算部３７Ａ及び種々のデータを比較する比較部３７Ｂを有する。また、制御部３７は、記憶部３６に記録された情報及び入力部４１を通して入力されるコマンドに基づいて放射線検出器３を制御する機能を有する。

上記放射線検出器３では、放射線検出部３１が有する各放射線検出素子３１_１〜３１_ｍから出力されたパルス信号は、増幅部３２で増幅され波形成形された後、電圧比較部３３に入力される。

電圧比較部３３は、閾値設定部３４により設定されたエネルギー閾値としての電圧値とパルス信号の波高値とを比較し、比較の基準となる電圧値以上の波高値を有するパルス信号を弁別してから計数処理部３５に入力する。

計数処理部３５は、電圧比較部３３から入力されたパルス信号を計数し、その計数結果としてのカウント値を記憶部３６に入力する。記憶部３６は、計数処理部３５から入力されたカウント値を各放射線検出素子３１_１〜３１_ｍに関連付けて検出データとして記録する。

そして、制御部３７は記憶部３６に記憶された検出データを入出力装置４に入力する。入出力装置４は、放射線検出器３から検出データが入力されると、各放射線検出素子３１_１〜３１_ｍの位置に対して対応するカウント値をマッピングし、カウント分布図として表示部４２に表示する。このカウント分布図は、放射線源２と放射線検出器３との間に散乱体である被検査物５を配置して、被検査物５を通過した放射線Ｒを放射線検出器３で検出している場合には、被検査物５の透過像に対応する。そのため、放射線検出部３１はイメージセンサとして機能しており、この場合、放射線検出素子３１_１〜３１_ｍは画素として機能していることになる。

ここで、電圧比較部３３でパルス信号をエネルギー弁別するためのエネルギー閾値を決定する方法について説明する共に、放射線検出器３において一つの特徴となる制御部３７の機能についてより詳細に説明する。

閾値決定方法は、図２に示すように、初期閾値決定工程Ｓ１と、第１の放射線検出工程Ｓ２と、領域設定工程Ｓ３と、第１カウント比算出工程Ｓ４と、基準カウント比算出工程Ｓ５と、第２の放射線検出工程Ｓ６と、第２カウント比算出工程Ｓ７と、閾値決定工程Ｓ８とを有する。

初期閾値決定工程Ｓ１では、放射線源２から放射線Ｒを出力していない状態で計数処理部３５から出力されるカウント値が略最小、つまり好ましくは０、またはほぼ０になるように閾値を設定する。この工程では、閾値設定部３４によりエネルギー閾値を上げていきながら各カウント値が好ましくは０、またはほぼ０になったときのエネルギー閾値を初期閾値として設定する。この初期閾値は、いわゆるダークカウントを除去するためのものである。ここでは、初期閾値を、カウント値が好ましくは０、またはほぼ０になる場合のエネルギー閾値を初期閾値としたが、計数処理部３５から出力されるカウント値が許容できる数値範囲内で最小になる場合のエネルギー閾値であればよい。

次の第１の放射線検出工程Ｓ２では、図３に示す配置関係で放射線Ｒを放射線検出器３で検出する。図３では、放射線検出器３の放射線検出部３１以外の構成要素及び入出力装置４の記載は省略している。この第１の放射線検出工程Ｓ２についてより詳細に説明する。

図３に示すように、放射線源２の前方にコリメータ６を配置し、放射線源２から出力された放射線Ｒをコリメータ６で絞った後に放射線検出器３で直接検出する。この検出において放射線検出器３のエネルギー閾値は初期閾値決定工程Ｓ１で取得した初期閾値としておく。

この第１の放射線検出工程Ｓ２での放射線Ｒの検出データは、記憶部３６に記録されると共に、図４に示すようなカウント分布図として表示部４２に表示される。図４は、第１の放射線検出工程での検出データに基づいたカウント分布の模式図である。図４に示す横軸は、放射線検出素子（画素）３１_１〜３１_ｍの位置を表しており、縦軸はカウント値を表している。

第１の放射線検出工程Ｓ２では、コリメータ６と放射線検出器３との間に被検査物５を配置していないため、理想的には、放射線源２、コリメータ６及び放射線検出部３１の幾何学的配置で決まる照射領域でのみ放射線Ｒが検出されることになる。しかしながら、実際には、コリメータ６を通過する際の散乱やコリメータ６を通過した後の空気中の散乱などにより、上記照射領域の周囲でも放射線Ｒが検出されることになる。よって、表示部４２に表示されるカウント分布は、図４に示すように、放射線源２から出力され散乱されていない直進成分を検出しておりより大きなカウント値を有する領域と、その両側に位置し、散乱成分を検出しておりより小さなカウント値を有する領域とからなる略矩形状のカウント分布となる。

領域設定工程Ｓ３では、表示部４２に表示されたカウント分布に基づいて、図４に示すように、放射線Ｒのうち直進成分の検出に応じてより大きなカウント値を有する領域を直接入射領域（第１領域）Ａとして設定すると共に、直接入射領域Ａの両側に位置しており放射線Ｒのうち散乱成分の検出に応じてより小さなカウント値を有する領域を散乱領域（第２領域）Ｂ１，Ｂ２として設定する。この設定は、操作者が、カウント分布を見ながら放射線検出素子３１_１〜３１_ｍのうち直接入射領域Ａ及び散乱領域Ｂ１，Ｂ２の境界画素となるべき放射線検出素子を指定する情報を入力部４１を通して放射線検出器３に入力することで実施する。

より具体的には、操作者が、直接入射領域Ａとすべき領域の両側の境界画素となる放射線検出素子３１_ａ１，３１_ａ２を、入力部４１を通して指定することによって直接入射領域Ａを設定する。また、操作者が、散乱領域Ｂ１，Ｂ２とすべき領域の直接入射領域Ａ側の境界画素となる放射線検出素子３１_ｂ１，３１_ｂ２をそれぞれ指定することによって散乱領域Ｂ１，Ｂ２を設定する。この散乱領域Ｂ１，Ｂ２の設定では、放射線検出素子３１_ｂ１，３１_ｂ２が指定されると、放射線検出器３の制御部３７が、放射線検出素子３１_ｂ１，３１_ｂ２各々からラインセンサの両端に位置する放射線検出素子３１_１，３１_ｍまでの領域をそれぞれ散乱領域Ｂ１，Ｂ２として設定するようにしておけばよい。入力部４１を通して入力された直接入射領域Ａ及び散乱領域Ｂ１，Ｂ２の指定情報は記憶部３６に記録される。

なお、放射線検出素子３１_ａ１，３１_ｂ１は図４に示すように異なっていてもよいし一致していてもよい。放射線検出素子３１_ａ２，３１_ｂ２についても同様である。

第１カウント比算出工程Ｓ４では、放射線検出器３の演算部３７Ａが、記憶部３６に記録されている直接入射領域Ａ内のカウント値の平均値Ｍ１_Ｄと、散乱領域Ｂ１，Ｂ２内のカウント値Ｍ１_Ｓの平均値とをそれぞれ算出し、更に、Ｍ１_Ｓ／Ｍ１_Ｄを第１カウント比Ｃ１として算出する。

基準カウント比算出工程Ｓ５では、操作者が設定する散乱成分許容値Ｓを第１カウント比Ｃ１に乗算することによって基準カウント比Ｃ_Ｂを算出する。この基準カウント比Ｃ_Ｂは、検出すべき放射線Ｒから散乱成分を分離する、換言すれば、直進成分を弁別するエネルギー閾値を決定するための基準とすべきカウント比である。基準カウント比Ｃ_Ｓ及び散乱成分許容値Ｓについては後ほど更に説明する。

本実施形態の閾値決定方法では、図２に示すように、基準カウント比算出工程Ｓ５の後に、第２の放射線検出工程Ｓ６を実施する。この工程では、図３に示す第１の放射線検出工程Ｓ２での配置関係において図３の破線で示すようにコリメータ６と放射線検出器３との間に散乱体である被検査物５を配置する。そして、放射線源２から放射線Ｒを出力してコリメータ６を通した後、被検査物５を通った放射線Ｒを放射線検出器３で検出する。この第２の放射線検出工程Ｓ６では、エネルギー弁別するためのエネルギー閾値を、所定の刻み値で順次上げていきながら第１〜第ｎのエネルギー閾値でそれぞれ放射線Ｒを検出する。なお、第１のエネルギー閾値は、初期閾値と同じであっても異なっていてもよい。第１〜第ｎのエネルギー閾値毎の検出データは、それぞれ記憶部３６に記録される。

この第２の放射線検出工程Ｓ６で放射線Ｒを検出しながら第２カウント比算出工程Ｓ７を実施する。すなわち、閾値設定部３４がエネルギー閾値に対応する電圧値を所定の刻み値だけ上げる毎に、換言すれば、第１〜第ｎのエネルギー閾値に対応する電圧値毎に、演算部３７Ａが直接入射領域Ａ内のカウント値の平均値Ｍ２_Ｄに対する散乱領域Ｂ１，Ｂ２内のカウント値の平均値Ｍ２_Ｓの比（Ｍ２_Ｓ／Ｍ２_Ｄ）としての第２カウント比Ｃ２を算出する。第１〜第ｎのエネルギー閾値毎に第２カウント比Ｃ２が算出されるため、結果として、ｎ個の第２カウント比Ｃ２_１〜Ｃ２_ｎが算出されることになる。このｎ個の第２カウント比Ｃ２_１〜Ｃ２_ｎは記憶部３６に記録される。

ここでは、第２の放射線検出工程Ｓ６で放射線Ｒを検出しながら、第２のカウント比算出工程Ｓ７を実施するとしたが、次のようにしてもよい。すなわち、第２の放射線検出工程Ｓ６において第１〜第ｎのエネルギー閾値でそれぞれ放射線Ｒを検出し、各エネルギー閾値の検出データを記憶部３６に記録しておく。そして、第２の放射線検出工程Ｓ６の終了後に第２カウント比算出工程Ｓ７を実施し、記憶部３６内の各検出データを利用してｎ個の第２カウント比Ｃ２_１〜Ｃ２_ｎを算出してもよい。

閾値決定工程Ｓ８では、制御部３７が有する比較部３７Ｂが、ｎ個の第２カウント比Ｃ２_１〜Ｃ２_ｎと、基準カウント比算出工程Ｓ５で算出された基準カウント比Ｃ_Ｓとを比較する。そして、比較部３７Ｂが、第１〜第ｎのエネルギー閾値のうち、第２カウント比Ｃ２_１〜Ｃ２_ｎの中から基準カウント比Ｃ_Ｓに最も近い第２カウント比Ｃ２に対応するエネルギー閾値を直進成分弁別用閾値として決定する。この直進成分弁別用閾値は、放射線検出部３１に入射した放射線Ｒのうち散乱成分を除去し、直進成分を弁別するためのものであるため、散乱成分除去閾値でもある。

逆に言えば、直進成分弁別用閾値は、初期閾値とともに、散乱成分を選択的に取得する場合に設定される閾値であると言える。初期閾値をエネルギー閾値として放射線Ｒを検出した場合、検出データには、直進成分に加えて散乱成分が含まれることになることから、散乱成分は、初期閾値を下限閾値とし、直進成分弁別用閾値を上限閾値としたエネルギー領域に含まれることになる。従って、例えば、初期閾値のみをエネルギー閾値として放射線Ｒを検出した場合の検出データから、直進成分弁別用閾値をエネルギー閾値として放射線Ｒを検出した場合の検出データを減算することで、散乱成分を取得することができる。以下、初期閾値を下限閾値とし、直進成分弁別用閾値を上限閾値としたエネルギー領域を散乱成分取得領域とも称す。なお、上記直進成分弁別用閾値及び初期閾値は記憶部３６に記録される。これらの閾値をエネルギー閾値として使用する場合には、閾値設定部３４が記憶部３６から読み出し、それらに対応した電圧値を電圧比較部３３に入力する。

ここで、上記基準カウント比Ｃ_Ｓについて説明する。

第２の放射線検出工程Ｓ６において、エネルギー閾値を上げていった場合、エネルギー閾値が高くなるに従って散乱成分が除去された検出データが取得される。そのため、理論的には、あるエネルギー閾値での第２カウント比Ｃ２_ｋ（ｋは、１〜ｎのうちの何れかの整数）と第１カウント比Ｃ１とが一致する。しかしながら、測定条件（例えば被検査物５及び放射線源２の特性等）により、通常、第１カウント比Ｃ１に一致するに至ることなく、第２カウント比Ｃ２の下限値に達する。

そこで、被検査物５を配置した時の散乱領域Ｂ１，Ｂ２内の散乱成分に対して、被検査物５を配置しない場合の状況の何倍程度まで許容できるかを、例えば、被検査物５の材質、厚さなどから判断、予測できる放射線の散乱される度合い等に基づいて操作者が予め決めておき、その値を散乱成分許容値Ｓとしておく。この散乱成分許容値Ｓを第１カウント比Ｃ１に乗算したカウント比が、第１〜第ｎのエネルギー閾値の中から直進成分弁別用閾値を決定するための基準とすべき基準カウント比Ｃ_Ｓである。このように基準カウント比Ｃ_Ｓを第１カウント比Ｃ１及び散乱成分許容値Ｓに基づいて算出するため、放射線検出部３１に入射した放射線Ｒから操作者が所望する量だけ散乱成分を除去することが可能である。

上記散乱成分許容値Ｓは、初期閾値決定工程Ｓ１の前に操作者が予め記憶部３６に入力部４１を通して入力していてもよいし、第１カウント比算出工程Ｓ４の後に第１カウント比Ｃ１の大きさに応じて入力してもよい。

なお、上記説明では、散乱成分許容値Ｓを操作者が入力し、演算部３７Ａが基準カウント比Ｃ_Ｓを算出するとしたが、第１カウント比算出工程Ｓ４の後に、操作者が、第１カウント比Ｃ１に散乱成分許容値Ｓを乗算して基準カウント比Ｃ_Ｓを算出した後に、その基準カウント比Ｃ_Ｓを入力部４１を通して放射線検出器３に入力していてもよい。

次に図５及び図６に示す実験例及び数値例を利用して直進成分弁別用閾値の決定方法についてより具体的に説明する。

図５は、第１の放射線検出工程での検出データに基づくカウント分布を示す図である。図５の検出データを取得する際の放射線源２としてはＸ線管を使用し、放射線検出部３１としては６４個の放射線検出素子３１_１〜３１_６４がライン状に配列されたラインセンサを使用している。また、コリメータ６はスリットを使用している。更に、放射線Ｒを検出する際のエネルギー閾値は２０ｋｅＶであり、このエネルギー閾値は初期閾値決定工程Ｓ１を実施して決定されている。

図５に示すように、放射線検出部３１の中央部においてより大きなカウント値が取得されると共に、その外側に位置する領域においてより小さなカウント値が取得されている。このカウント分布に基づいて、直接入射領域Ａ及び散乱領域Ｂ１，Ｂ２を図５に示すように設定し、第１カウント比Ｃ１を算出する。図５の例では、第１カウント比Ｃ１は０．０５である。

図６は、第２の放射線検出工程での検出データに基づいたカウント分布を示す図である。図６では、横軸は放射線検出素子の位置を示しており、縦軸は相対カウント値を示している。相対カウント値とは、直接入射領域Ａ内の１つの放射線検出素子に関連付けられたカウント値により規格化したカウント値である。

図６に示す検出データを取得する際には、コリメータ６と放射線検出部３１との間に被検査物５として１０ｍｍ厚のＳＵＳ板を配置している。また、図６に示す検出データを取得する際の第２の放射線検出工程Ｓ６では、第１のエネルギー閾値を２０ｋｅＶとし、第１のエネルギー閾値から刻み値を１０ｋｅＶとして１１０ｋｅＶまで増加させて、第２〜第１０のエネルギー閾値としている。この場合、表１に第１〜第１０のエネルギー閾値の数値を示す。

上記第１〜第１０のエネルギー閾値毎の検出データに基づくカウント分布では、図６に示すように、エネルギー閾値が増加するにつれて散乱領域Ｂ１，Ｂ２における相対カウント値が徐々に小さくなる。これは、エネルギー閾値が増加するにつれて散乱成分がより除去されるためである。

図６に示す各エネルギー閾値毎の検出データに基づいて算出される第２カウント比Ｃ２_１〜Ｃ２_１０のうち第２カウント比Ｂ_１、Ｂ_５、Ｂ_６、Ｂ_７、Ｂ_８は、それぞれ０．２５、０．２２、０．２、０．１８、０．１４である。

前述したように、第１カウント比Ｃ１が０．０５であるため、例えば散乱成分許容値を３として設定しておけば、基準カウント比Ｃ_Ｓは０．１５となる。

この場合、第２カウント比Ｃ２_１〜Ｃ２_１０のうち、基準カウント比Ｃ_Ｓに一番近い第２カウント比Ｃ２は、第２カウント比Ｃ２_８の０．１４である。よって、第２カウント比Ｃ２_８に対応する第８のエネルギー閾値の値である９０ｋｅＶを直進成分弁別用閾値として決定する。

上記閾値決定方法によれば、第１の放射線検出工程Ｓ２での実際の検出データに基づいて、直接入射領域Ａと散乱領域Ｂ１，Ｂ２とを設定し、直接入射領域Ａ及び散乱領域Ｂ１，Ｂ２内のカウント値の平均値Ｍ１_Ｄ，Ｍ１_Ｓを利用して第１カウント比Ｃ１を算出する。次いで、この第１カウント比Ｃ１に基づいて、直進成分弁別用閾値（散乱成分取得領域の上限閾値）を決定するための基準となる基準カウント比Ｃ_Ｓを算出する。

そして、第２の放射線検出工程Ｓ６での第１〜第ｎのエネルギー閾値毎の実際の検出データにおける直接入射領域Ａと散乱領域Ｂ１，Ｂ２内のカウント値の平均値Ｍ２_Ｄ，Ｍ２_Ｓに基づいて第２のカウント比Ｃ２_１〜Ｃ２_ｎをそれぞれ算出し、基準カウント比Ｃ_Ｓを基準として直進成分弁別用閾値を決定する。

この場合、実際の検出データに基づいたカウント分布を参照して、直接入射領域Ａと散乱領域Ｂ１，Ｂ２とを設定し、更に直接入射領域Ａと散乱領域Ｂ１，Ｂ２内のカウント値を全て利用しながら直進成分弁別用閾値を決定することになる。その結果、上記直進成分弁別用閾値をエネルギー弁別用のエネルギー閾値として使用することで、放射線検出器３が検出する放射線Ｒから散乱成分をより効率的に分離でき、結果として、直進成分をより正確に弁別し取得することが可能である。

従って、非破壊検査システム１において被検査物５を検査する場合、被検査物５に放射線Ｒを照射して被検査物５を通過した放射線Ｒを、直進成分弁別用閾値をエネルギー閾値とした放射線検出器３で検出することで、散乱成分がより多く除去されノイズが低減された透過データ（又は吸収データ）を取得することができる。そのため、例えば、被検査物５の厚さ、材質、形状等をより正確に取得することが可能である。

また、初期閾値（散乱成分取得領域の下限閾値）のみをエネルギー閾値として設定して取得した検出データから直進成分弁別用閾値（散乱成分取得領域の上限閾値）をエネルギー閾値として設定した検出データを差し引くことにより、散乱成分が支配的なデータを取得することもできる。そして、この散乱成分が支配的なデータを利用することで、被検査物５の厚さへの依存性が小さく、形状の変化を捉えた情報等を取得することが可能である。

更に、直進成分弁別用閾値を利用した場合の検出データと、散乱成分を取得するためのエネルギー領域としての散乱成分取得領域を利用した検出データとを比較したり、それらに所定の演算を行うことでエネルギー弁別をしない放射線透過画像を利用して解析するよりも被検査物５の厚さ、材質、形状等を更に精度良く取得することが可能である。

なお、非破壊検査システム１を利用して被検査物５の非破壊検査を実施する場合には、放射線源２と被検査物５との間にコリメータ６を設置して実施してもよいし、放射線源２における放射線発生源の焦点を小さくしたり、放射線発生源の焦点自体を所望の形状とすることで、コリメータ６を設置せずに実施してもよい。

以上、本発明の閾値決定方法の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、放射線検出部３１は、複数の放射線検出素子３１_１〜３１_ｍがライン状に配列されているとしたが、２次元状に配列されていてもよい。この場合も第１の放射線検出工程Ｓ２で取得した検出データに基づいて直接入射領域（第１領域）及び散乱領域（第２領域）の境界となる放射線検出素子を指定して直接入射領域及び散乱領域を設定すればよい。このように放射線検出素子が２次元状に配列された放射線検出部３を利用すると共に、直進成分弁別用閾値をエネルギー閾値として設定して放射線Ｒを検出することで輪郭がより明確な透過像を取得することができる。

また、図２に示したフローチャートでは、初期閾値決定工程を設けているが、例えば、直進成分のみを選択的に取得する場合等では、初期閾値決定工程は実施しないとすることも可能である。

更に、図４に示したカウント分布で直接入射領域Ａ及び散乱領域Ｂ１，Ｂ２を設定する場合、操作者がカウント分布の形状を実際に見て直接入射領域Ａ及び散乱領域Ｂ１，Ｂ２の境界となる放射線検出素子３１_ａ１，３１_ａ２，３１_ｂ１，３１_ｂ２を特定する情報を入力するとして説明したがこれに限定されない。例えば、直接入射領域Ａを決定するための基準となる第１カウント値と、散乱領域Ｂ１，Ｂ２を決定するための基準となるカウント値であって第１カウント値より小さい第２カウント値を予め決めておきそれらを利用して直接入射領域Ａ及び散乱領域Ｂ１，Ｂ２を設定してもよい。

具体的には、第１の放射線検出工程Ｓ２での検出データのうち第１カウント値以上のカウント値に関連付けられた放射線検出部３１内の放射線検出素子を複数含む領域を直接入射領域Ａとし、第１カウント値より小さい第２カウント値以下のカウント値に関連付けられた放射線検出部３１内の放射線検出素子を複数含む領域を散乱領域Ｂ１，Ｂ２として設定してもよい。この場合には、第１カウント値及び第２カウント値を予め記憶部３６に入力しておくことで、制御部３７が検出データに基づいて直接入射領域Ａ及び散乱領域Ｂ１，Ｂ２を設定することも可能である。そして、第１カウント値としては、例えば放射線源２から出力される放射線の理論的なエネルギー及び放射線検出素子３１_１〜３１_ｍの検出感度等に応じて決まる理論的なカウント値と同じかそれより僅かに小さいものとしておけばよい。

更に、図２に示したフローチャートに沿った閾値決定方法では、基準カウント比算出工程Ｓ５を設けているが、基準カウント比算出工程Ｓ５は設けなくてもよい。例えば、ｎ個の第２カウント比Ｃ２_１〜Ｃ２_ｎを表示部４２に表示し、操作者が第２カウント比Ｃ２_１〜Ｃ２_ｎの中から第１カウント比Ｃ１に基づいて所望の第２カウント比Ｃ２を選択し、それを入力部４１を通して指定するようにしてもよい。更にまた、基準カウント比を利用しないとすることもできる。例えば、第１〜第ｎのエネルギー閾値毎の検出データから算出されるｎ個の第２カウント比Ｃ２_１〜Ｃ２_ｎの中で最も第１カウント比Ｃ１に近い値を示す第２カウント比Ｃ２に関連付けられるエネルギー閾値を直進成分弁別用閾値として決定してもよい。

更に、上記説明では、直進成分弁別用閾値を決定するために配置する被照射物を実際の検査対象物である被検査物５そのものとしているが、これに限定されず、直進成分弁別用閾値等の閾値を決定する際に放射線源２と放射線検出器３との間に配置する被照射物として、実際の被検査物５としての被照射物と異なるものを使用することも可能である。例えば被検査物５が本来示し得る理想的なデータを取得する場合では、直進成分弁別用閾値等の閾値を決定する際の被照射物は、データ取得用に別途用意した散乱体や、予め問題がないことが判明している被検査物５の同等品などが好ましい。

また、これまでの説明では、放射線源２と放射線検出器３との間にコリメータ６を配置した状態で、所定の検出を実施して初期閾値や直進成分取得用閾値を決定するとしたが、前述したように例えば放射線源２における放射線発生源の焦点が小さい場合や、放射線発生源の焦点形状そのものが所望とする照射形状である場合等では、コリメータ６を配置していなくてもよい。また、放射線源２は、特に限定されず、上述したようなＸ線管や、放射性同位元素等が例示される。

非破壊検査システムの一例のブロック図である。閾値決定方法のフローチャートである。第１の放射線検出工程での放射線の検出方法を示す図である。第１の放射線検出工程での検出データであるカウント分布の模式図である。実験例における第１の放射線検出工程での検出データであるカウント分布を示す図である。実験例における第２の放射線検出工程での検出データであるカウント分布を示す図である。

符号の説明

１…非破壊検査システム、２…放射線源、３…放射線検出器、５…被検査物（被照射物）、６…コリメータ、３１…放射線検出部、３１_１〜３１_ｍ…放射線検出素子、Ａ…直接入射領域（第１領域）、Ｂ１，Ｂ２…散乱領域（第２領域）、Ｒ…放射線。

Claims

複数の放射線検出素子が配列されてなる放射線検出部を有しておりフォトンカウンティングにより放射線を検出するエネルギー弁別型の放射線検出器でのエネルギー弁別のためのエネルギー閾値を決定する閾値決定方法であって、
放射線源から出力された放射線を前記放射線検出器によって検出する第１の放射線検出工程と、
前記第１の放射線検出工程での検出データに基づいて、前記放射線検出部において、前記放射線源から出力された前記放射線のうち直進成分を検出している前記放射線検出素子を複数含む領域を第１領域として設定すると共に、前記放射線検出部において、前記放射線源から出力された前記放射線のうち散乱成分を検出している前記放射線検出素子を複数含む領域を第２領域として設定する領域設定工程と、
前記第１の放射線検出工程での検出データに基づいて、前記第１領域内の複数の前記放射線検出素子に関連付けられたカウント値の平均値に対する前記第２領域内の複数の前記放射線検出素子に関連付けられたカウント値の平均値の比を第１カウント比として算出する第１カウント比算出工程と、
前記放射線源と前記放射線検出器との間に被照射物を配置し、前記放射線源から出力され前記被照射物を通過した放射線を前記放射線検出器によって前記エネルギー弁別のための第１〜第ｎのエネルギー閾値毎に検出する第２の放射線検出工程と、
前記第２の放射線検出工程での前記第１〜第ｎのエネルギー閾値毎の検出データに基づいて、前記第１領域内の複数の前記放射線検出素子に関連付けられたカウント値の平均値に対する前記第２領域内の複数の前記放射線検出素子に関連付けられた前記カウント値の平均値との比としての第２カウント比をそれぞれ算出する第２カウント比算出工程と、
前記第１〜第ｎのエネルギー閾値のうち、ｎ個の前記第２カウント比の中から前記第１カウント比に基づいて決まる所定の条件により選択される前記第２カウント比に関連付けられたエネルギー閾値を直進成分弁別用閾値として決定する閾値決定工程と、
を備えることを特徴とする閾値決定方法。
前記放射線検出器に入射する放射線から直進成分をエネルギー弁別する直進成分弁別用閾値を決定するための基準となる基準カウント比を前記第１カウント比に基づいて算出する基準カウント比算出工程を更に備えており、
前記閾値決定工程では、前記基準カウント比に最も近いことを前記所定の条件としてｎ個の前記第２カウント比の中から前記第２カウント比を選択することを特徴とする請求項１に記載の閾値決定方法。
前記基準カウント比は、予め設定されている散乱成分許容値を前記第１カウント比に乗算して算出することを特徴とする請求項２に記載の閾値決定方法。
前記放射線源から放射線を出力しない状態においてエネルギー閾値を変化させながら前記放射線検出器によって取得されるカウント値のうち略最小のカウント値になるエネルギー閾値を初期閾値として決定する初期閾値決定工程を更に備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の閾値決定方法。
前記閾値決定工程では、前記第１カウント比に最も近いことを前記所定の条件としてｎ個の前記第２カウント比の中から前記第２カウント比を選択することを特徴とする請求項１に記載の閾値決定方法。
前記領域設定工程では、前記第１領域を、前記放射線検出部のうち第１カウント値以上のカウント値に関連付けられた前記放射線検出素子を複数含む領域として設定すると共に、前記第２領域を前記放射線検出部のうち前記第１カウント値より小さい第２カウント値以下のカウント値に関連付けられた前記放射線検出素子を複数含む領域として設定することを特徴とする請求項１に記載の閾値決定方法。