JP5611357B2 - 放射線計測装置 - Google Patents

放射線計測装置 Download PDF

Info

Publication number
JP5611357B2
JP5611357B2 JP2012531765A JP2012531765A JP5611357B2 JP 5611357 B2 JP5611357 B2 JP 5611357B2 JP 2012531765 A JP2012531765 A JP 2012531765A JP 2012531765 A JP2012531765 A JP 2012531765A JP 5611357 B2 JP5611357 B2 JP 5611357B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pulse
peak value
information
generated
advance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2012531765A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2012029496A1 (ja
Inventor
知之 清野
知之 清野
上野 雄一郎
雄一郎 上野
崇章 石津
崇章 石津
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2012531765A priority Critical patent/JP5611357B2/ja
Publication of JPWO2012029496A1 publication Critical patent/JPWO2012029496A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5611357B2 publication Critical patent/JP5611357B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01TMEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16Measuring radiation intensity
    • G01T1/17Circuit arrangements not adapted to a particular type of detector
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01TMEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16Measuring radiation intensity
    • G01T1/17Circuit arrangements not adapted to a particular type of detector
    • G01T1/171Compensation of dead-time counting losses

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)

Description

本発明は、放射線計測装置に関する。
放射線計測装置の分野において、装置性能の重要な指標のひとつが、飛来するガンマ線やX線などの放射線のエネルギーを高精度に測定することである。半導体検出器やシンチレーション(Scintillation)検出器は、放射線が1フォトン入射すると、そのエネルギーにほぼ比例した電荷量あるいは発光を生じ、これらの量を測定することで放射線のエネルギーが求められている。
その測定において、半導体検出器では電荷が生じるので、そのまま電気信号として出力される。またシンチレータ(Scintillator)では発光が生じるため、光電子増倍管などで電気信号に変換されて、信号出力される。一般的にこれらの検出器からの出力信号は微弱であるため、検出器出力は積分機能を備えた前置増幅器(プリアンプ)に入力されて、増幅される。この前置増幅器からのパルス信号の波高値、すなわちピーク値を精度良く測定することが、放射線のエネルギーを精度良く得ることになる。
なお、アナログ回路でパルス波形を処理し、最後にパルス波高値を求めて放射線のエネルギーを測定する装置のことを、アナログ放射線スペクトル測定装置と呼ぶことにする。
アナログ放射線スペクトル測定装置において放射線が連続して入射する場合、パルス信号も連続して発生することになる。ここでパルス信号の時間間隔が短くなってくると、事前に生じたパルス波形と干渉してパルス波高値の測定精度が悪化する。
例えば、次のパルスが前のパルスの信号の減衰期間中に重なると、その波高値は本来の数値より小さくなる。これを防ぐためのアナログ回路としてポールゼロキャンセラ回路が使用されている。
またアナログ放射線スペクトル測定装置において調整が最適でない場合には、パルスが連続して生じたときにベースラインがシフトすることがある。これを防ぐためにベースラインレストアラ回路が使用されている。
さらに極端にパルスの間隔が短い場合、直前のパルスが減衰しないうちに次のパルスが重畳してパイルアップという現象が生じ、これを回避するためにパイルアップリジェクト回路が用いられる。
特許文献1には、パイルアップを検知して波高値の補正を行うアナログ回路として、パイルアップ補正回路が開示されている。
特許文献2には、パイルアップリジェクト回路が開示されている。
また、非特許文献1には、前記したポールゼロキャンセル回路(p.673)、ベースラインレストアラ回路(p.677)、パイルアップリジェクト回路(p.722)に関する技術が記載されている。
一方、全く異なるアプローチとして、ディジタル波高分析技術が存在する。これは前置増幅器の出力を、波形の変化時間より短い一定の周期でサンプリングしてディジタル値化し、ディジタル値の演算処理によって波形整形と同等の機能を実現するものである。ディジタル演算を使用すれば非線形な処理でも容易に実現できるため、パルス間隔が短い場合の多くの問題を解決することができる。
非特許文献1には、波形の変化時間より短い時間、すなわち高速で常にサンプリングを行うディジタル波高分析技術(p.736)が記載されている。
また、特許文献3には前記したようにサンプリングされた信号を演算する技術が開示されている。
米国特許 US005225682A号公報 特開平2009−229127号公報 特開平2005−121392号公報
放射線計測ハンドブック第3版、KNOLL著、木村逸郎・阪井英次訳、日刊工業新聞社
しかしながら、アナログ回路における前記したポールゼロキャンセル回路、ベースラインレストアラ回路、パイルアップリジェクタ、パイルアップ補正回路など用いる場合には、回路の追加による雑音の増大、回路数の増加、調整の必要、コストの増大などの問題がある。
殊に検出器数が膨大な場合にはその影響が大となる。例えば核医学診断装置として用いられるガンマカメラや、単光子放出断層撮影(SPECT)装置などのイメージング装置においては、検出器数およびその信号処理回路数が数千以上にも達する。このような場合には、回路調整の実行や複雑な低雑音回路の採用は困難である。
また、ディジタル波高分析技術を採用した場合には、検出器数が多いと処理すべきデータ数が非常に増大するという問題がある。そのためディジタル回路の規模が膨大となり、また高速かつ大量の演算による処理回路の発熱対策も困難になるという問題があった。
そこで、本発明はこのような問題点を解決するもので、その目的とするところは、回路構成が単純で、低コスト、かつ計算量が少なく、高計数率に適した放射線計測装置を提供することである。
前記の課題を解決して、本発明の目的を達成するために、以下のように構成した。
すなわち、放射線のフォトンを個々に検出する検出器と、前記検出器の信号を増幅する前置増幅器と、前記前置増幅器の信号を波形整形する波形整形増幅器と、前記波形整形増幅器のアナログ信号出力をディジタル信号に変換するA/D変換器と、前記A/D変換器のディジタル信号出力を演算処理するディジタルデータ処理装置と、を備えた放射線計測装置であって、前記検出器に入力した放射線のフォトンのパルスの時間間隔とエネルギー値を含むエネルギー情報を前記前置増幅器および前記波形整形増幅器により処理した複数のパルス信号の波高値により得るとともに、前記ディジタルデータ処理装置において、前記A/D変換器によりディジタル値化された現在のパルス波高値の情報と事前に生じたパルスの発生時間の情報と事前に生じたパルス波高値の情報とを演算することで、現在のパルス波高値の基準電位からの偏差を算出して現在のパルス波高値を補正する。
本発明によれば、回路構成が単純で、低コスト、かつ計算量が少なく、高計数率に適した放射線計測装置を提供することができる。
本発明の放射線計測装置の第1実施形態の回路構成を示したブロック図である。 本発明の第1実施形態の動作を説明するための信号波形図である。 本発明の第2実施形態の動作を説明するための信号波形図である。 本発明の第3実施形態の動作を説明するための信号波形図である。 本発明の実施形態の特性と比較回路例との特性とを比較した特性図である。 比較回路例1の放射線計測装置であるアナログ放射線スペクトル測定装置の回路構成を示したブロック図である。 比較回路例2の放射線計測装置であるディジタル波高分析装置の回路構成を示したブロック図である。 比較回路例2の放射線計測装置であるディジタル波高分析装置の動作を説明するための信号波形図である。
本発明の実施形態を次に説明する。実施形態の回路構成や動作について順に述べる。
(第1実施形態)
<放射線計測装置の回路構成(第1実施形態)>
図1は本発明の第1実施形態の回路構成(装置構成)を示したブロック図である。
図1において、検出器111はガンマ線119が入力すると、そのエネルギー(1フォトンのエネルギー)を反映した電荷信号120を出力する。検出器111の出力端子は前置増幅器(プリアンプ)112の入力端子に接続されている。
ガンマ線119のエネルギーを精度よく得るためには、前置増幅器112からのパルス信号の波高値すなわちピーク値を精度よく測定すればよい。
前置増幅器112の役目は、検出器111からの微弱な信号の増幅と、適正な出力インピーダンスを確保するためのものである。
電荷信号120は、帰還型の前置増幅器112に入力して、積分される(キャパシタ132の作用)とともに増幅され、前置増幅器112からパルス信号121が出力される。
なお、前置増幅器112の出力端子と入力端子の間に、並列に接続された、帰還抵抗133と帰還キャパシタ132とが接続されている。このため、電荷信号120が入力し、パルス信号121が出力しても、前置増幅器112は飽和せずに、パルス信号121は帰還抵抗133と帰還キャパシタ132との時定数で減衰する。具体的にはこの時定数は50マイクロ秒から500マイクロ秒程度が選択される。
前置増幅器112の出力端子は、直列に接続されたキャパシタ(直列キャパシタ)131を介して波形整形増幅器113の入力端子に接続されている。
したがって、パルス信号121は直流成分がキャパシタ131で除かれて、交流成分のみが波形整形増幅器113へ入力される。
なお、キャパシタ131によって直流成分を取り除くのは、波形整形増幅器113における零点からの偏差をなくし、検出信号成分のみを増幅するためである。
パルス信号121には検出器111や前置増幅器112などに由来する雑音が重畳しており、これらを取り除くために波形整形増幅器113を通す。
波形整形増幅器113は、微分回路(不図示)および積分回路(不図示)で構成されており、その時定数は通常、電荷信号120の積分時間を確保しつつ、雑音を最小限とするよう選択される。
波形整形増幅器113の機能は、バンドパスフィルター機能と増幅機能とを備えている。バンドパスフィルターの機能により、高周波成分と低周波成分、つまりは雑音成分を取り除き、検出信号成分のみを増幅機能により増幅する。
波形整形増幅器113の出力端子122はA/D変換器(Analog-to-Digital Converter)114の入力端子へ接続されている。
波形整形増幅器113のアナログ信号である出力信号(122)は、A/D変換器114へ入力され、サンプリングされてディジタル信号に変換される。
A/D変換器114は、アナログ信号である出力信号(122)のピークを検知すると、ピーク電圧をホールドし、ディジタル値化(波高値データ115)する。また、ピークを検知すると同時にタイミングデータ発生器124にトリガ信号125を送信する。
タイミングデータ発生器124は、複数のパルスが発生する場合(図2参照)において、前回のパルスからの経過時間データ126を演算器117へ送信する。
演算器117には、A/D変換器114からの波高値データ115およびタイミングデータ発生器124からの経過時間データ126が送られてくる。演算器117はこれらのデータを演算処理した後、補正後波高値データ130をデータ収集装置118へ送る。
データ収集装置118は、補正後波高値データ130を収集して、エネルギースペクトルのデータを出力する。
なお、エネルギースペクトルの特性図は、ピーク値とパルス数との関係をプロットしてグラフ化したもので、特定のエネルギーのガンマ線やX線が入射した場合にはエネルギースペクトルにはピークとして現れる。このピークが細いほど、放射線に対するエネルギー識別能力(エネルギー分解能)が高いことになる。
<放射線計測装置の動作(第1実施形態)>
以上、第1実施形態の装置構成を説明したが、次に電荷信号120が連続して入射した場合について、その動作を説明する。
図2は電荷信号120(図1)が連続して入射した場合における、波形整形増幅器113の出力の信号波形図である。なお、波形整形増幅器113の出力の信号波形図であって、増幅率や高周波成分と低周波成分において異なる点はあるが前置増幅器112の出力のパルス信号121の状況を概ね反映している。
電荷信号120が連続して2回入射した場合、波形整形増幅器113の出力において、第1のパルス208の後の出力波形は出力信号206のような波形となり、第2のパルス209の後の出力波形は出力信号205のような波形となる。
第1のパルス208は、基準電位点であるベースライン210に対して正しい波高値202を示す。なお、第1のパルス208の波形は、矩形波に近い電荷信号120(図1)を積分したパルス信号121(図1)の波形に対応している。
第1のパルス208は減衰するが、前置増幅器112(図1)と波形整形増幅器113(図1)との間にキャパシタ131(図1)があって、回路が交流結合となっているため、出力信号206が示すようにベースライン210を通り過ぎて、極性が反転してから帰還抵抗133と帰還キャパシタ132との時定数にしたがって減衰する。つまり、ベースライン210に近づいていく。
この現象は、前記した第1のパルス208の波形が正側(基準電位点であるベースライン210より上の正方向)であり、直列キャパシタ131が直流成分を流さないので、第1のパルス208が減衰した後に、第1のパルス208の正側の波形成分の積分値に等しい分を負側(基準電位点であるベースライン110より下の負方向)に流す必然性があるためである。したがって、出力信号206に示すように負側に極性が反転するのである。
なお、第1のパルス208で示した波形の正側の積分値と、出力信号206で示した波形の負側の積分値とは概ね等しくなるように動作していく。
ここで、出力信号206が負側に極性が反転して減衰している途中、つまりベースライン210まで戻りきらないうちに、第2のパルス209が入射すると、パルスが重なったことになり、観測される波高値201(VP201)は正しい波高値203(VP203)より偏差204(V204)だけ小さい値となる。したがって、波高値201(VP201)だけを測定しても、第2のパルス209の波高値は正確にはわからない。
なお第2のパルス209は、第1のパルス208から時間207(t207)だけ経過してから生じたものである。
<放射線計測装置の演算(第1実施形態)>
したがって、第2のパルス209の正しい波高値203(VP203)を求めるには演算をする必要があり、以下にその方法について説明する。
図2において、波高値202(VP202)および波高値203(VP203)および時間207(t207)のディジタル値は、演算器117(図1)へ送られ、演算器117はこれらを使用して偏差204(V204)を演算して求める。
偏差204(V204)は、計測回路に起因して生じるもので、演算により求めることができる。すなわち波高値203(VP203)は、補正後波高値データ130(VPS130)へ修正されてデータ収集装置118へ送られる。その演算として、

PS130=VP203
+k×[VP202×cos(t207/k)×exp(−t207×k)〕
・・・(式1)
を使用する。ここでk1、k2、k3は計測回路に依存する係数である。
式1は波高値203(VP203)に対して偏差204(V204)を計算により求めて修正するものである。式1は代数計算・三角関数・指数関数の組み合わせとなっているが、これは回路の応答がこれらの関数で記述できるためで、これらの最適な組み合わせを用いればよい。
式1の演算により補正後波高値データ130(VPS130)は、正しい波高値203(VP203)に近い値とすることができ、結果としてガンマ線119のエネルギー値測定誤差が小さくなる。その結果、ガンマ線119が頻繁に入射する条件、すなわち高計数率の条件においても高精度にそのエネルギー値を求めることが可能となる。
なお、図2において、第1のパルス208が入射する際には、前置増幅器112から前のパルスの影響は消えていて、波形成形増幅器113の出力値はベースライン210にあるものとする。前のパルスから第1のパルス208の間の間隔が、図1における帰還抵抗133と帰還キャパシタ132とで定まる時定数(減衰時定数)より充分に長ければ前のパルスの影響は実用的には消える。
(第2実施形態)
次に第2実施形態について述べる。本実施形態では、第1実施形態の場合よりさらに頻繁に電荷信号120が入射した場合でも、エネルギー値を精度良く測定可能な放射線計測装置の例を説明する。
<放射線計測装置の回路構成(第2実施形態)>
本実施例の回路構成(装置構成)は、第1実施形態における図1と基本的には同じ構成である。ただし、演算器117は、電荷信号120が連続して複数発生した場合に対応した演算器の構成が必要となる。
<放射線計測装置の動作(第2実施形態)>
図3は、図1における回路構成(装置構成)の放射線計測装置に、電荷信号120が4回連続して発生した場合における波形整形増幅器113の出力波形を示した信号波形図である。この図3では、図2と共通する部分には図2と同じ符号を付している。
すなわち、時系列順に第1のパルス208、第2のパルス209、第3のパルス307、第4のパルス308が生じている。ここで第2のパルス209、第3のパルス307、第4のパルス308は、事前のパルス信号が減衰しないうちに連続して生じている。
このような場合、第4のパルス308の偏差310(V310)は、第2のパルス209の偏差204(V204)より大きくなっている。これは前置増幅器112(図1)および波形整形増幅器113(図1)が直流分を通さない回路となっている一方で、パルスが多数入射したために、図3における正極性の面積が増加した結果、トータルの面積がゼロとなるように負極性の面積を増やす作用が生じて偏差204(V204)が大きくなったためである。このような場合は、式1の直前のパルスのみを考慮しても不十分である。
なお、図3において、符号302は第2のパルス209から第3のパルス307の間の時間(t302)であり、符号303は第2のパルス209から第4のパルス308の間の時間(t303)であり、符号304は第3のパルス307から第4のパルス308の間の時間(t304)であり、符号306は第1のパルス208から第4のパルス308の間の時間(t306)である。
また、符号305は第4のパルス308の後の出力波形の出力信号305である。
また、符号309は第4のパルス308の観測される波高値309(VP309)であり、符号312は第3のパルス307の観測される波高値312(VP312)である。
また、符号311は第4のパルス308の波高値311(VP311)である。
<放射線計測装置の演算(第2実施形態)>
そこで第2実施形態では補正後波高値データ130(VPS130)を求めるために、以下に示した演算式を用いる。

PS130=VP203
+k×[VP312×cos(t304/k)×exp(−t304×k)〕
+k×[VP201×cos(t303/k)×exp(−t303×k)〕
+k×[VP202×cos(t306/k)×exp(−t306×k)〕
・・・(式2)
ただし、t303=t304+t302
306=t304+t302+t207
である。
すなわち式2は、式1のように事前のパルス1回のみの影響だけでなく、事前の3回のパルスの影響を考慮したものとなっている。なお、これらの値は、図1における演算器117に記憶されており、それらを読み出すことで演算が実行される。本実施形態(第2実施形態)により、第1実施形態の場合より、高計数率の場合においても高精度にガンマ線119のエネルギー値を求めることが可能となる。
なお、前記したように、図2に示すようなパルス2回を考慮した式1を基に演算する第1実施形態では、図3に示すようなパルス4回の場合は正確な測定はできない。
ただし、図3に示すようなパルス4回を考慮した式2を基に演算する第2実施形態では、図3に示すようなパルス4回の場合は勿論のこと、図2に示すようなパルス2回を含めて、パルス4回以下であれば正確な測定が可能となる。
(第3実施形態)
次に第3実施形態について述べる。本実施形態では、第1実施形態の場合よりさらに短時間に次のパルスが生じた場合に対応して本発明を実施した例を示す。
<放射線計測装置の回路構成(第3実施形態)>
本実施例の回路構成(装置構成)は、第1実施形態における図1と基本的には同じ構成である。ただし、演算器117は電荷信号120がさらに短時間に次のパルスが生じた場合に対応した演算器の構成が必要となる。
<放射線計測装置の動作(第3実施形態)>
図4は、図1における装置構成の放射線計測装置に電荷信号120がピークとなった直後に次の電荷信号120が生じた場合における、波形整形増幅器113の出力波形を示した図である。なお、図4においては、第1のパルス208があり、そのパルス波形が反転する前に第2のパルス409が重なった状態を示している。この図4では、図2と共通する部分には図2と同じ符号を付している。
本実施形態の場合、偏差404(V404)は正となっているため、補正後波高値データ130(VPS130)から偏差404(V404)を差し引く必要がある。従来このような場合はパイルアップと呼ばれ、パルス波高値の取得は行わずにデータは破棄されていた。本発明では補正後波高値データ130を求めるために、以下に示した演算式(式3)を用いる。
なお、符号407は、第1のパルス208から第2のパルス409の間の時間407(t407)である。また、符号401は、第2のパルス409の観測される波高値401(VP401)である。符号403は、第1のパルス208の最後の出力値と第2のパルス409の観測される波高値401(VP401)との差の電圧値(VP403)である。

PS130=VP403
+k×[VP202×cos(t407/k)×exp(−t407×k)〕
−k×[VP202×exp(−t407×k)〕
・・・(式3)
すなわち、式3は事前のパルスとの時間間隔が極めて短い場合、係数kおよび係数kを適切に設定することで偏差404(V404)がパルス波高と同極性であってもそれに対応する値を求めることができる。
本実施形態を実施した放射線計測装置では、アナログ回路としてのパイルアップリジェクト回路やパイルアップ補正回路は不要である。
(第4実施形態)
次に第4実施形態について述べる。密度が大きく高エネルギーガンマ線に対する感度が大きい利点を有するが、長い減衰時間成分を有するCdWOシンチレータ検出器と光電子増倍管とを組み合わせた場合について説明する。
<放射線計測装置の回路構成(第4実施形態)>
本実施例の回路構成(装置構成)は、第1実施形態における図1と基本的には同じ構成である。ただし、検出器111にCdWOシンチレータ検出器と光電子増倍管とを組み合わせて用いる。
<放射線計測装置の動作(第4実施形態)>
CdWOシンチレータは、ガンマ線やX線が入射すると発光する物質で、その発光量はガンマ線の1フォトンに対してそのエネルギーに比例する。この発光は瞬時に生じて終了するわけではなく、有限の時間で最大値となり、その後減衰する特性を示す。このときの減衰に要する時間を減衰時間と称する。さらにシンチレータの種類によってはこの減衰時間を2種類以上有するものがある。CdWOもその一つで、発光量の40%が減衰時間は1.1μs、60%が減衰時間は14.5μsとなっている。
このような長い減衰時間成分を有する発光に応じた出力信号を図1で示した放射線計測装置において処理した場合、1回のパルスを波形整形増幅器113で処理した場合においても減衰が長引き、次のパルスとの間隔が短い場合には減衰が終わらないうちに次のパルスが重畳してしまうことがある。
したがって、図1の構成で、検出器111に備えたCdWOシンチレータの発光減衰時間が一定とし、次のパルスへの影響を演算により予測して、次のパルスの波高値を補正する。それによって、高計数率時のエネルギー分解能悪化を抑制可能である。したがって、CdWOシンチレータは密度が大きく、高エネルギーガンマ線に対する感度が大きい利点の放射線計測装置となる。
図1に示した放射線計測装置において、検出器111をCdWOシンチレータとし、式1における計数k1、k2、k3を変更した結果、毎秒100回の計数率においては、137Csの662keVガンマ線のエネルギー分解能が8%、毎秒1000回の計数率においては、9%のエネルギー分解能が得られている。これが後記する比較回路例1の図6に示された放射線計測装置を使用した場合、毎秒100回の計数率ではエネルギー分解能は8%と変化なかったが、毎秒1000回の計数率においては15%と悪化した場合に比較すると、良好な結果が得られている。すなわち本発明により長い減衰時間成分を有するシンチレータ検出器を用いた場合でも、高計数率時におけるエネルギー分解能の悪化が抑制できる。なお、エネルギー分解能の意味については後述する。
(その他の実施形態)
第2実施形態において、式2は事前の3回のパルスの影響を考慮したものであるが、事前の任意の回数のパルスの影響を考慮したものに拡張することができる。
事前のパルスを考慮すべき個数、すなわち記憶・演算する個数は、信号がベースライン210(図2参照)へ減衰する時間内に発生するパルスの個数で概ね決めればよい。例えば前置増幅器112(図1参照)の減衰時定数が50μsの場合、50μsの間に発生する平均のパルス数を設定すればよい。
第3実施形態において、式3は事前の任意の回数のパルスの影響を考慮したものに拡張することができる。このとき、N(Nは正の整数)回のパルスの影響を考慮して拡張したものは、N回以下のパルスの場合に共通して適用が可能となる。
図1において、タイミングデータ発生器124、演算器117、データ収集装置118と機能毎にブロック別に表記したが、これらを一体化してもよい。例えば一体化して、ディジタルデータ処理装置としてもよい。さらに前記以外の機能をディジタルデータ処理装置に備えてもよい。
また、演算器117に備えた演算機能として、代数、三角関数、指数関数を例にあげたが、それ以外の関数を備えてもよい。
また、三角関数や指数関数の演算においては任意の入力値を演算する回路機能でも、予め設定された数値表から引き出す回路方式でもよい。
また、実数領域で演算する三角関数と指数関数を、複素領域で一括して取り扱う演算(複素領域に拡張した指数関数)でもよい。
また、演算器117の回路は、ハードウェアでも、ソフトウェアでも、またそれらの混成によって構成してもよい。
(比較回路)
次に本実施形態の特徴を明らかにするために、本実施形態とは異なる比較回路を示す。そして比較し、それらの特性や効果の相違を後記する。
<比較回路例1>
放射線計測装置の比較回路例1を図6に示す。(図5については後述する。)
図6は、比較回路例1であるアナログ放射線スペクトル測定装置の回路構成を示す回路ブロック図である。図6において、波形整形増幅器613は、ポールゼロキャンセル回路(不図示)、ベースラインレストアラ回路(不図示)、パイルアップリジェクト回路(不図示)をすべて搭載している。また、波形整形増幅器613から出力された信号は、A/D変換器614でパルス波高がディジタル値され、演算などの処理をすることなく直接、データ収集装置618へ送られる。
<比較回路例1との特性比較>
本実施形態(第1〜3)の放射線計測装置を前記比較回路例1(図6)の放射線計測装置と比較した結果を図5に示す。
図5において、横軸は放射線の計数率(Counts/s)であり、縦軸はエネルギー分解能(百分率%)である。なおエネルギー分解能とは観測されるエネルギースペクトルにおいて、ピークの半値幅をピークの横軸位置で除した値で、これが小さいほどエネルギー弁別能力が良好で高性能であることを示す指標である。
図5において、第3の特性線503は、図6に示した比較回路例1のアナログ放射線スペクトル測定装置にて、波形整形増幅器601が搭載しているポールゼロキャンセル回路(不図示)、ベースラインレストアラ回路(不図示)、パイルアップリジェクト回路(不図示)を、すべて作動させない場合の特性である。なお、検出器111にCdTeを用い、ガンマ線119として57Coの122keVガンマ線を入射させている。
第3の特性線503において、毎秒100回の計数率ではエネルギー分解能は4.5%であるが、毎秒1000回の計数率においては%と悪化している。つまり、第3の特性線503は、計数率の上昇(高計数率)にともなってエネルギー分解能が急激に上昇していることがわかる。エネルギー分解能の値の上昇は、ガンマ線のエネルギー識別能力の低下を意味するものであり、好ましくない。
また、第2の特性線502は、前述の波形整形増幅器601が搭載するポールゼロキャンセル回路(不図示)、ベースラインレストアラ回路(不図示)、パイルアップリジェクト回路(不図示)をすべて作動させた場合の特性である。第2の特性線502は第3の特性線503と比較すると計数率に対してエネルギー分解能の悪化が抑制されていることがわかる。しかし第2の特性線502は、第1の特性線501に比較すれば、前記比較回路例1のアナログ回路の対策では計数率上昇に対する補正が完全とはいえないことを示している。
本実施形態(第1〜3)における放射線計測装置を用いた場合の特性は、第1の特性線501であり、計数率に対してエネルギー分解能の変化はほとんど見られない。すなわち本実施形態(第1〜3)の放射線計測装置は、ほぼ完全にエネルギー分解能の計数依存性を補正できるという結果が得られている。
<比較回路例2>
ディジタル波高分析装置における比較回路例2を図7に示す。
図7は、比較回路例2であるディジタル波高分析装置の回路構成を示す回路ブロック図である。図7において、ガンマ線119が検出器111に入射すると、電荷信号120が発生し、前置増幅器112で積分および増幅される。ここまでは本実施形態の図1と同様であるが、ディジタル波高分析装置では前置増幅器112からの出力パルス信号121は直列キャパシタ131を介して、直接(波形整形増幅器613、図6を介さずに)、高速A/D変換器703に入力される。出力パルス信号121は、非常に細かいサンプリング時間間隔ですべてディジタル化されて波形データ704として出力され、高速演算器705で演算処理が行われた後、データ収集装置718にデータが送られる。
<比較回路例2との特性比較>
図7のディジタル波高分析装置では、本実施形態(第1〜第3)と同様に、図5における第1の特性線501と同じ結果が得られた。しかし、演算量には大きな差がある。
図8は、電荷信号120が連続して入射した場合における高速A/D変換器703(図7)の入力波形721とサンプリング波形803を示した信号波形図(比較例)である。なお、前置増幅器112の出力信号は波形121(図7)である。
図8において、ディジタル波高分析装置(つまり比較回路例2)ではサンプリング間隔833が20nsの場合、パルス801がパルス間隔811の50μsの期間で変化する場合、パルス1個あたりのサンプリング回数は2500回にも達する。
一方、本実施形態(第1〜第3)ではパルス1個あたりのサンプリング回数は1回で、時間データが必要であることを考慮してもデータは2個であり、処理すべきデータ数は本実施形態(第1〜3)の方が格段に少ない。事前のパルス3回分の波高値および時間データを含んでもパルス1回あたり8個で、やはり桁違いにデータ数が少なくて済む。その結果、検出器数が多くてもデータ処理量や演算量が少なくて済み、多チャンネル検出器を用いるシステムを低コストで実現することができる。
(本実施形態、本発明の補足)
以上に述べたように、本実施形態を使用する場合、まず、ポールゼロキャンセル回路、ベースラインレストアラ回路、パイルアップリジェクタ回路、パイルアップ補正回路などのアナログ回路による対策手段はすべて不要となる。したがって、アナログ回路としての回路構成が単純化される。このことは検出器数が多い場合に回路を単純化でき、低コストの装置化に大きく寄与する。
またディジタル波高分析装置と比較すると、大幅に計算量を減らすことができる。すなわちディジタル波高分析装置は、波形の変化に対して十分短い間隔で常に波形をサンプリングし、常に演算を実行する必要がある。一方、本実施形態ではパルスが入力された場合のみ波高値をサンプリングすればよい。これは従来のアナログ放射線スペクトル測定装置でパルス信号を波形整形した後に波高値をサンプリングする場合と同じであり、ディジタル波高分析装置のように常に波形をサンプリングする場合より情報量が格段に少ない。
ただし本発明では事前のパルスの波高値情報および時間情報も演算に用いる必要があるため、比較例のアナログ放射線スペクトル測定装置よりはデータ量は多くなる。それでも本発明におけるデータ量は、ディジタル波高分析装置よりははるかに少ない。そのため演算量も少なく、多数の検出器を用いる場合でも演算量が多くならない。
さらに本発明を用いれば、検出器出力が固有の長時間減衰を有する場合にもパルス波高値を高精度に求めることができる。これは事前に生じたパルスの減衰を演算に考慮することで、長時間の減衰に起因するベースラインのずれをディジタル演算で補正できるためである。したがって従来は長時間の減衰のためパルス間隔が短い、すなわち高計数率で用いることができなかった検出器も使用することが可能となる。
111 検出器
112 前置増幅器
113、613 波形整形増幅器
114、614 A/D変換器
115 波高値データ
117 演算器(ディジタルデータ処理装置)
118、618、718 データ収集装置(ディジタルデータ処理装置)
119 ガンマ線
120 電荷信号
121 前置増幅器の出力信号、出力パルス信号、出力波形
122 出力信号、波形整形増幅器の出力信号
124 タイミングデータ発生器(ディジタルデータ処理装置)
125 トリガ信号
126 経過時間データ
130 補正後波高値データ
131 キャパシタ、直列キャパシタ
132 キャパシタ、帰還キャパシタ
133 帰還抵抗
201、309、312、401 測定される波高値
202 測定され、かつ真の波高値
203、311、403 真の波高値
204、310、404 偏差
205、405 波形整形増幅器の出力波形
210 ベースライン
207、302、303、304、306、407 時間
208 第1のパルス
209、409 第2のパルス
307 第3のパルス
308 第4のパルス
501 第1の特性線
502 第2の特性線
503 第3の特性線
703 高速A/D変換器
704 波形データ
705 高速演算器
721 高速A/D変換器の入力波形
801 パルス
803 サンプリングパルス、サンプリング波形
811 パルス間隔
833 サンプリング間隔

Claims (5)

  1. 放射線のフォトンを個々に検出する検出器と、
    前記検出器の信号を増幅する前置増幅器と、
    前記前置増幅器の信号を波形整形する波形整形増幅器と、
    前記波形整形増幅器のアナログ信号出力をディジタル信号に変換するA/D変換器と、
    前記A/D変換器のディジタル信号出力を演算処理するディジタルデータ処理装置と、
    を備えた放射線計測装置であって、
    前記検出器に入力した放射線のフォトンのパルスの時間間隔とエネルギー値を含むエネルギー情報を前記前置増幅器および前記波形整形増幅器により処理した複数のパルス信号の波高値により得るとともに、
    前記ディジタルデータ処理装置において、前記A/D変換器によりディジタル値化された現在のパルス波高値の情報と事前に生じたパルスの発生時間の情報と事前に生じたパルス波高値の情報とを演算することで、現在のパルス波高値の基準電位からの偏差を算出して現在のパルス波高値を補正することを特徴とする放射線計測装置。
  2. 前記ディジタルデータ処理装置における前記ディジタル値化された現在のパルス波高値の情報と事前に生じたパルスの発生時間の情報と事前に生じたパルス波高値の情報とで前記現在のパルス波高値の情報を補正する演算は、代数、三角関数、指数関数のうち少なくとも1つか、あるいは複数を組み合わせた演算を備えたことを特徴とする請求の範囲第1項に記載の放射線計測装置。
  3. 前記ディジタルデータ処理装置における前記現在のパルス波高値の情報と事前に生じたパルスの発生時間の情報と事前に生じたパルス波高値の情報とで前記現在のパルス波高値の情報を補正する演算は、事前に生じた複数のパルスに対してそれぞれのパルス発生時間およびパルス波高値をディジタル値化して記憶保持し、前記の記憶保持したディジタル値に対して行う演算であることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の放射線計測装置。
  4. 前記ディジタルデータ処理装置における前記現在のパルス波高値の情報と事前に生じたパルスの発生時間の情報と事前に生じたパルス波高値の情報とで前記現在のパルス波高値の情報を補正する演算は、事前に生じた複数のパルスに対してそれぞれのパルス発生時間およびパルス波高値をディジタル値化して記憶保持し、前記の記憶保持したディジタル値に対して行う演算であることを特徴とする請求の範囲第2項に記載の放射線計測装置。
  5. 前記ディジタルデータ処理装置における前記現在のパルス波高値の情報と事前に生じたパルスの発生時間の情報と事前に生じたパルス波高値の情報とで前記現在のパルス波高値の情報を補正する演算は、事前に生じたパルス波形が反転する前に現在のパルスが発生した場合の演算を備えたことを特徴とする請求の範囲第1項乃至請求の範囲第4項のいずれか一項に記載の放射線計測装置。
JP2012531765A 2010-09-02 2011-08-04 放射線計測装置 Expired - Fee Related JP5611357B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012531765A JP5611357B2 (ja) 2010-09-02 2011-08-04 放射線計測装置

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010196323 2010-09-02
JP2010196323 2010-09-02
JP2012531765A JP5611357B2 (ja) 2010-09-02 2011-08-04 放射線計測装置
PCT/JP2011/067831 WO2012029496A1 (ja) 2010-09-02 2011-08-04 放射線計測装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2012029496A1 JPWO2012029496A1 (ja) 2013-10-28
JP5611357B2 true JP5611357B2 (ja) 2014-10-22

Family

ID=45772601

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012531765A Expired - Fee Related JP5611357B2 (ja) 2010-09-02 2011-08-04 放射線計測装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9057789B2 (ja)
JP (1) JP5611357B2 (ja)
WO (1) WO2012029496A1 (ja)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006029475A1 (en) 2004-09-16 2006-03-23 Southern Innovation International Pty Ltd Method and apparatus for resolving individual signals in detector output data.
JP2011519415A (ja) 2008-03-31 2011-07-07 サザン イノヴェーション インターナショナル プロプライアトリー リミテッド 個別信号解像度を用いた放射線画像形成法
CN104020500A (zh) 2008-03-31 2014-09-03 南方创新国际股份有限公司 用于钻孔测井的方法和装置
US8954300B2 (en) 2008-03-31 2015-02-10 Southern Innovation International Pty Ltd. Screening method and apparatus
JP5581333B2 (ja) 2008-12-18 2014-08-27 サザン イノヴェーション インターナショナル プロプライアトリー リミテッド 数学的変換を使用することによってパイルアップされたパルスを分離する方法および装置
JP6175137B2 (ja) * 2012-06-27 2017-08-02 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェKoninklijke Philips N.V. スペクトル光子計数検出器及び検出方法
CN103116180B (zh) * 2013-01-21 2015-01-07 东华理工大学 一种基于msp430f5438的超低功耗伽玛能谱采集方法
CN105143918A (zh) * 2013-04-24 2015-12-09 皇家飞利浦有限公司 具有校正单元的脉冲处理电路
US20150090888A1 (en) * 2013-09-27 2015-04-02 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Analyzer Device for Compensating a Scintillator and Method of Using the Same
JP6381973B2 (ja) * 2014-06-03 2018-08-29 株式会社日立製作所 高計数率用パルス型放射線検出器
US11020070B2 (en) * 2014-06-27 2021-06-01 Koninklijke Philips N.V. Spectral material decomposition for photon-counting applications
KR101687238B1 (ko) * 2014-07-10 2016-12-16 한국과학기술원 이중 경로를 갖는 방사선 계수 판독 회로 및 이를 이용한 방사선 계수 방법
US10436933B2 (en) 2016-05-06 2019-10-08 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Digital spectrometer for measuring ironizing radiation downhole
WO2018002744A1 (en) * 2016-06-29 2018-01-04 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. System and method to unpile overlapping pulses
JP6628701B2 (ja) * 2016-08-05 2020-01-15 三菱電機株式会社 放射線測定装置
JP6574957B2 (ja) * 2017-09-29 2019-09-18 株式会社リガク X線分析用信号処理装置及びx線分析用信号処理装置の調整方法
CN110347965B (zh) * 2019-07-17 2023-02-03 四川新先达测控技术有限公司 核脉冲信号处理方法及装置
CN115436988A (zh) * 2022-09-26 2022-12-06 中国医学科学院放射医学研究所 一种基于mos管的辐射探测器信号处理系统及方法
CN115421178B (zh) * 2022-09-09 2024-09-03 苏州微木智能系统有限公司 一种数字化多通道脉冲处理器和脉冲信号处理方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09211135A (ja) * 1996-02-02 1997-08-15 Toshiba Corp 放射線計数装置
JP2003130957A (ja) * 2001-10-23 2003-05-08 Shimadzu Corp X線フラットパネル検出器のラグ補正方法およびその装置並びにx線検査装置
JP2004529367A (ja) * 2001-06-04 2004-09-24 ウィリアム ケイ ウォーバートン X線及び核分光システムにおける基線補正方法及び装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5225682A (en) 1992-01-24 1993-07-06 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Method and apparatus for providing pulse pile-up correction in charge quantizing radiation detection systems
JP4201261B2 (ja) 2003-10-14 2008-12-24 セイコー・イージーアンドジー株式会社 信号処理装置およびその調整方法
WO2006029475A1 (en) 2004-09-16 2006-03-23 Southern Innovation International Pty Ltd Method and apparatus for resolving individual signals in detector output data.
JP5043728B2 (ja) 2008-03-19 2012-10-10 日本電子株式会社 放射線計測用パルスプロセッサ

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09211135A (ja) * 1996-02-02 1997-08-15 Toshiba Corp 放射線計数装置
JP2004529367A (ja) * 2001-06-04 2004-09-24 ウィリアム ケイ ウォーバートン X線及び核分光システムにおける基線補正方法及び装置
JP2003130957A (ja) * 2001-10-23 2003-05-08 Shimadzu Corp X線フラットパネル検出器のラグ補正方法およびその装置並びにx線検査装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2012029496A1 (ja) 2013-10-28
US20130146767A1 (en) 2013-06-13
US9057789B2 (en) 2015-06-16
WO2012029496A1 (ja) 2012-03-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5611357B2 (ja) 放射線計測装置
JP6657398B2 (ja) パルスパイルアップイベントのリアルタイム処理の方法及びシステム
US10634798B2 (en) Radiation apparatus and radiation signal processing method using bipolar time-over-threshold method
JP5427655B2 (ja) 放射線計測装置,核医学診断装置
JP2014228464A (ja) 放射線計測装置および放射線計測方法
CN106656390A (zh) 用于测量光子时间信息的装置及方法
JP2012013563A (ja) 放射線測定装置
US20160363672A1 (en) Performance Stabilization For Scintillator-Based Radiation Detectors
WO2015177534A1 (en) Analysis of signals from pixellated detectors of ionizing radiation
CN109283569B (zh) 用于测量光子信息的装置和光子测量设备
JP3824211B2 (ja) 放射線モニタ装置
CN106821409B (zh) 堆积事件处理方法及装置
US11194061B2 (en) Optical detector and optical detection device
Yue et al. An energy-resolved photon-counting readout electronics for scintillator based on pole-zero compensation and ToT method
US10353081B2 (en) Gamma system count loss correction with virtual pulse injection
JP2020148688A (ja) 放射線検出装置及び放射線検出用信号処理装置
JP6999593B2 (ja) 検出装置及びスペクトル生成装置
JP2018054342A (ja) 放射線測定装置
Abbene et al. Digital Pulse-Processing Techniques for X-Ray and Gamma-Ray Semiconductor Detectors
US10175367B2 (en) Tool for detecting photon radiation, particularly adapted for high-flux radiation
Abbene et al. 6 Digital Pulse-Processing
JPH07306267A (ja) 放射線測定装置
JP2022184295A (ja) データ処理装置、データ処理方法およびデータ処理プログラム
Myjak et al. Pulse processing system for the RADMAP radiation modulation aperture imager
Haigh et al. Low power embedded processing of scintillation events with silicon photo multipliers

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140218

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140415

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140819

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140902

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5611357

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees