WO2015141098A1 - 信号処理装置、放射線検出装置および信号処理方法 - Google Patents

信号処理装置、放射線検出装置および信号処理方法 Download PDF

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radiation
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舟木　英之
木村　俊介
剛 河田
板倉　哲朗
雅則 古田
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株式会社東芝
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    • G01R29/0857—Dosimetry, i.e. measuring the time integral of radiation intensity; Level warning devices for personal safety use

Definitions

  • Embodiments described herein relate generally to a signal processing device, a radiation detection device, and a signal processing method.
  • the radiation detection apparatus is used in computed tomography (CT) or the like, and enables tomography of a patient or a baggage.
  • CT computed tomography
  • SiPM configured by connecting an avalanche photodiode (APD) and a quench resistor in series has a high S / N ratio and a high dynamic range. And low voltage drive is realized.
  • Such a radiation detection device using a photoelectric conversion element detects a current from the photoelectric conversion element, integrates the current to obtain a charge and a voltage, is sampled and held, and then AD-converted. The obtained digital signal is used to create a histogram or the like by signal processing.
  • the arrival rate of X-rays incident on the scintillator is predicted to be about 10 8 [cps], and data with high speed and high energy resolution is simultaneously transmitted in several hundred channels. A circuit that can be measured is required. Further, the count rate that can be detected by the radiation detection apparatus as described above depends on the recovery time of the photoelectric conversion element, the conversion capability of the AD converter, or the like. However, in order to shorten the recovery time of the photoelectric conversion element, there is a method of decreasing the quench resistance value of the photoelectric conversion element and reducing the time constant. However, if the quench resistance value is too small, the quenching operation is performed.
  • the occurrence probability of events occurring in the radiation detection apparatus follows a Poisson distribution. For this reason, for example, even if the event interval is shorter than the average radiation arrival time of 10 [ns] (corresponding to the above-mentioned 10 8 [cps]), the event occurrence probability is about 60% or 4 [ns] or less. There are about 30%. Therefore, in order to detect an event, an AD converter having a high-speed AD conversion capability is required, but the high-speed AD converter also has a problem that power consumption increases.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a signal processing device, a radiation detection device, and a signal processing method capable of detecting an event even at a high radiation arrival rate and creating a histogram of the number of events with reduced errors. It is to be.
  • the signal processing apparatus includes an integration unit, a differentiation unit, a zero-crossing unit, a pile-up detection unit, an event interval detection unit, a count unit, and a creation unit.
  • the integrating means integrates the current from the photoelectric conversion means that converts the current into incident current based on the incident radiation and calculates the charge.
  • the differentiating means differentiates the current to calculate a differential value.
  • the zero cross detection means detects a zero cross of the differential value.
  • the pile-up detection means detects a pile-up for the current based on the zero cross.
  • the event interval detection means detects an event interval, which is a time between events when radiation enters the photoelectric conversion means, based on zero crossing and pileup.
  • the counting means counts the number of events corresponding to the charge and the number of events corresponding to the event interval based on the charge and pileup.
  • the creation unit creates a histogram of the number of events for the charge and a histogram of the number of events for the event interval.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a radiation inspection apparatus. An overview of the overall configuration of the radiation inspection apparatus 1 will be described with reference to FIG.
  • the radiation inspection apparatus 1 includes a radiation tube 11 and a radiation detection device 10 provided to face the radiation tube 11.
  • the radiation tube 11 is a device that irradiates a radiation beam 11 a such as an X-ray in a fan shape toward the radiation detection device 10 facing the radiation tube 11.
  • the radiation beam 11 a irradiated from the radiation tube 11 passes through the subject 12 on a gantry (not shown) and enters the radiation detection apparatus 10.
  • the radiation detection apparatus 10 receives a radiation beam 11a irradiated from a radiation tube 11 and at least a part of which passes through a subject 12 at an incident surface 20a, and the radiation is scintillation light including at least part of ultraviolet rays, visible rays, and infrared rays. This is a device that converts the signal into a signal and detects it as an electrical signal.
  • the radiation detection apparatus 10 is opposite to a plurality of radiation detection units 20 arranged in a substantially arc shape, a collimator 21 installed on the incident surface 20a side of the radiation detection unit 20, and the radiation tube 11 side of each radiation detection unit 20. And a signal processing device 22 connected to the electrode on the side by a signal line 23.
  • the radiation detection unit 20 converts the radiation (radiation beam 11a) incident from the incident surface 20a into scintillation light, and converts the scintillation light into an electric signal (current) (photoelectric conversion) by a photoelectric conversion element 32 described later.
  • the collimator 21 is an optical system that is installed on the incident surface 20a side of the radiation detection unit 20 and refracts the radiation detection unit 20 so that the radiation is incident in parallel.
  • the signal processing device 22 receives an electrical signal (current) photoelectrically converted by each radiation detection unit 20 through the signal line 23 to detect an event, and causes each radiation detection unit 20 to detect the event based on the received current value. Calculate the energy of the incident radiation.
  • the radiation tube 11 and the radiation detection apparatus 10 are arranged so as to rotate around the subject 12 described above. Thereby, the radiation examination apparatus 1 can generate a cross-sectional image of the subject 12.
  • the radiation inspection apparatus 1 including the radiation detection apparatus 10 can be applied not only to a tomographic image of a human body and animals and plants but also as various inspection apparatuses such as a security apparatus for seeing inside the article.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the radiation detector.
  • the configuration of the radiation detection unit 20 and the radiation detector 30 will be described with reference to FIG. 2A is a configuration diagram of a plurality of radiation detection units 20 arranged in a substantially arc shape, and FIG. 2B is a schematic configuration diagram of the radiation detector 30 in the radiation detection unit 20.
  • the plurality of radiation detection units 20 are arranged in a substantially arc shape, and a collimator 21 is arranged on the radiation incident side.
  • the radiation detector 30 has a radiation detector 30 fixed on an element support plate 24.
  • the radiation detector 30 includes a photoelectric conversion layer 31 in which a plurality of photoelectric conversion elements 32 are disposed, and a scintillator 33 that converts radiation into scintillation light.
  • the photoelectric conversion layer 31 and the scintillator 33 have a laminated structure in which the incident surface side of the photoelectric conversion layer 31 and the emission surface side of the scintillator 33 are bonded by an adhesive layer.
  • the scintillator 33 has light reflecting plates 34 formed at a predetermined pitch in two intersecting directions.
  • the photoelectric conversion layer 31 and the scintillator 33 are demarcated by a light reflecting plate 34 into a plurality of photoelectric conversion units 35 (photoelectric conversion means) arranged in a matrix.
  • Each of the plurality of photoelectric conversion units 35 includes a plurality of photoelectric conversion elements 32. For each photoelectric conversion unit 35, detection of an event, energy of incident radiation, and the like are detected.
  • Radiation such as X-rays emitted from the radiation tube 11 (see FIG. 1) enters the scintillator 33 of the radiation detector 30.
  • the radiation is converted by the scintillator 33 into scintillation light containing at least one of ultraviolet light, visible light, and infrared light having a wavelength longer than that of radiation as electromagnetic waves.
  • the converted scintillation light passes through the scintillator 33 while being reflected by the light reflection plate 34 and travels toward the photoelectric conversion layer 31.
  • the scintillation light emitted from the scintillator 33 enters a plurality of photoelectric conversion elements 32 formed in the photoelectric conversion layer 31.
  • the photoelectric conversion element 32 is electrically conducted in a direction (reverse bias direction) from the cathode side to the anode side of the APD of the photoelectric conversion element 32 by an avalanche breakdown generated by the incidence of scintillation light (photons).
  • the photoelectric conversion element 32 is applied with a reverse bias voltage by the signal processing device 22 (see FIG. 1). At this time, as described above, when a photon enters the photoelectric conversion element 32 and conducts in the reverse bias direction, the photoelectric conversion element 32 (APD and the quench resistor connected in series thereto) has a current in the reverse bias direction. Flows. This current is detected by the signal processing device 22 via the signal line 23.
  • the value of the reverse bias current flowing through the photoelectric conversion element 32 is hardly influenced by the number of incident photons (scintillation light intensity). For example, 100 photons are incident on one photoelectric conversion element 32 and the current value flowing through the one photoelectric conversion element 32 corresponds to 10 photoelectric conversion elements 32 out of 100 photons. The total value of the currents that flow through the ten photoelectric conversion elements 32 with the incidence of ten photons is about 10 times. Therefore, in order to accurately detect the intensity (current) of radiation incident on the photoelectric conversion unit 35 including the plurality of photoelectric conversion elements 32, scintillation light is evenly distributed to the plurality of photoelectric conversion elements 32 in the photoelectric conversion unit 35. It is necessary to enter.
  • the scintillation light incident on the photoelectric conversion layer 31 is uniformly incident on the plurality of photoelectric conversion elements 32, whereby the intensity of the scintillation light in the photoelectric conversion unit 35, that is, the radiation incident on the radiation detector 30.
  • a current value that accurately reflects the intensity of the current is detected.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the signal processing device.
  • the circuit block configuration of the signal processing device 22 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
  • the signal processing device 22 includes a differential converter 220, an integrator 221 (integrating means), a sample hold device 222 (holding means), an AD converter 223, and a differentiator 224 (differential). Means), zero cross detector 225 (zero cross detection means), time detector 226 (event interval detection means), counter circuit 227 (count means), histogram formation circuit 228 (creation means), and control circuit 229 ( A pile-up detecting means).
  • the differential converter 220 receives the current I that is detected by the photoelectric conversion unit 35 and reflects the intensity of the radiation, converts the current I into a differential signal with improved noise resistance, and converts the current differential signal into the integrator 221. Send to.
  • the integrator 221 performs integration processing on the current received from the differential converter 220 as a differential signal, calculates the charge Q, and transmits the calculated charge Q to the sample hold unit 222.
  • the integrator 221 has a built-in capacitor, and is stored as a charge Q when a current flows into the capacitor. Therefore, the value output by the integrator 221 is the value of the voltage across the capacitor proportional to the charge stored in the capacitor, but mathematically is the charge obtained by integrating the current. In the following description, it is assumed that the value output from the integrator 221 is a charge value.
  • the integrator 221 starts integration processing at the timing when the current is received from the differential converter 220 and the timing when the pile-up detection signal described later is received from the control circuit 229.
  • the integrator 221 may be configured such that when the charge Q stored in the capacitor to be transmitted to the sample hold unit 222 is sampled and held by the sample hold unit 222 or the charge Q sampled and held by the sample hold unit 222 is What is necessary is just to discharge at the time of AD conversion by the AD converter 223 described later. Further, the integrator 221 may receive the above-described pile-up detection signal during the integration process by storing the charge Q in the capacitor or during the discharge of the stored charge Q. In this case, for example, it is assumed that the integrator 221 includes a plurality of capacitors, and when a pile-up detection signal is received during integration processing or discharge in a certain capacitor, a pile-up waveform described later is obtained in another capacitor. What is necessary is just to integrate with respect to the electric current based on.
  • the sample and hold unit 222 samples and holds the charge Q received from the integrator 221 as the charge Q1 when a hold signal is received from the control circuit 229, as will be described later. Then, the sample and hold unit 222 transmits the sampled and held charge Q1 to the AD converter 223. The timing at which the control circuit 229 transmits the hold signal to the sample / hold device 222 will be described later. Further, the sample-and-hold device 222 is the time when the sampled and held charge Q1 is AD-converted by the AD converter 223 as will be described later, or the time when the hold signal received from the control circuit 229 becomes Low (off). Then, the sample hold may be canceled. Further, it is assumed that the sample hold unit 222 can perform sample hold and release thereof for each of a plurality of capacitors built in the integrator 221.
  • the AD converter 223 AD-converts the charge Q1 received from the sample hold unit 222 according to a predetermined clock frequency, and transmits a digital signal of the charge Q1 to the counter circuit 227. That is, when the pile-up described later does not occur, the clock frequency by the AD converter 223 becomes the upper limit value of the count rate at which the number of times that the scintillation light is incident on the photoelectric conversion unit 35, that is, the number of events can be counted.
  • the clock frequency may be based on a clock generated internally by the AD converter 223 or may be based on a control signal transmitted from the control circuit 229.
  • the AD converter 223 may be provided with a plurality of clocks having different clock frequencies in accordance with, for example, a plurality of capacitors provided in the sample hold unit 222. As a result, the upper limit value of the counting rate at which the number of events described above can be counted can be increased.
  • the differentiator 224 receives the current I that is detected by the photoelectric conversion unit 35 and reflects the intensity of the radiation, performs a differentiation process on the current I, calculates a differential value dI / dt, and calculates the calculated differential value. Transmit to zero-cross detector 225.
  • the zero cross detector 225 detects the zero cross of the differential waveform from the differential waveform (differential waveform) received from the differentiator 224, and transmits the zero cross information to the time detector 226 and the control circuit 229 when the zero cross is detected.
  • Zero-cross information is information on zero-cross when the differential value changes from a negative value to a positive value in the differential waveform (hereinafter referred to as a rising zero-cross), or zero cross when the differential value changes from a positive value to a negative value (hereinafter referred to as rising-edge). Information).
  • the time point when the zero cross is detected is a timing when the slope of the waveform of the current I becomes “0”. Among them, the time point when the falling zero cross is detected coincides with the timing when the waveform of the current I peaks, and the time point when the rising zero cross is detected coincides with the timing when the pile-up described later occurs.
  • the time detector 226 calculates the time from peak to peak of the current I waveform (normal waveform or pile-up waveform shown in FIG. 7 described later), that is, the event interval. To detect. For example, when the time detector 226 receives the falling zero-cross information and then receives the falling zero-cross information, the time detector 226 piles up the event interval from the peak of the normal waveform to the peak of the next normal waveform or the normal waveform. The event interval from the peak of the pile-up waveform that has been raised to the peak of the next normal waveform is detected.
  • the time detector 226 determines the last falling zero-cross information from the reception timing of the first falling zero-cross information.
  • the time until the reception timing of the zero-cross information is determined to be the following event interval and detected. That is, the event interval from the peak of the normal waveform to the peak of the pile-up waveform piled up to the normal waveform, or the pile-up waveform from the peak of the pile-up waveform piled up to the normal waveform (or pile-up waveform) The event interval until the peak of the pile-up waveform further piled up. Then, the time detector 226 transmits information on the detected event interval to the counter circuit 227.
  • the counter circuit 227 receives the information on the charge Q1 AD-converted by the AD converter 223 and the event interval information detected by the time detector 226.
  • the normal waveform charge is indicated as Q1
  • the pile-up waveform charge is indicated as Q2, but the charge Q1 here includes both.
  • the counter circuit 227 counts the number of events (the number of events) according to the received charge Q1 and the event interval values.
  • an event corresponding to a normal waveform may be counted when information on the charge Q1 is received.
  • the event corresponding to the pile-up waveform is counted when information on the charge Q1 (described as charge Q2 in FIG.
  • the counter circuit 227 transmits information on the number of events corresponding to the respective values of the charge Q1 and the event interval to the histogram forming circuit 228.
  • the histogram forming circuit 228, based on the information on the number of events corresponding to the respective values of the charge Q1 and the event interval received from the counter circuit 227, the histogram of the charge Q1 and the number of events, and the event interval and the number of events. Create a histogram.
  • the histogram forming circuit 228 transmits the created histogram information to an external device. Note that the histogram forming circuit 228 is not limited to creating both the histogram of the charge Q1 and the number of events and the histogram of the event interval and the number of events, and may create either one. Good.
  • the control circuit 229 controls the operation of the entire signal processing device 22. Specifically, the control circuit 229 receives the zero-cross information from the zero-cross detector 225, and when the zero-cross information is related to the rising zero-cross, the control circuit 229 detects that the pile-up has occurred, and outputs the pile-up to the integrator 221. An up detection signal is transmitted. Further, the control circuit 229 receives the zero-cross information from the zero-cross detector 225, and when the zero-cross information is related to the falling zero-cross, the waveform of the current I (the normal waveform and the pile-up waveform) has reached the peak. This is detected, and a hold signal is transmitted to the sample hold unit 222.
  • the control circuit 229 transmits a hold signal when receiving zero-cross information including falling zero-cross information.
  • the hold signal may be transmitted after a predetermined time.
  • the control circuit 229 transmits a control signal that defines each operation to the AD converter 223, the counter circuit 227, and the histogram forming circuit 228. For example, when the control circuit 229 detects that the pile-up has occurred as described above, the control circuit 229 may transmit a control signal indicating that to the counter circuit 227.
  • FIG. 3 shows an example of the configuration of the circuit block of the signal processing device 22 and is not limited to this. What is necessary is that it has the functions of the above-described processors and circuits. It may be a simple configuration.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the Poisson distribution regarding the arrival probability of radiation.
  • the arrival probability of the radiation irradiated from the radiation tube 11 and reaching the photoelectric conversion unit 35 of the radiation detection unit 20, that is, the occurrence probability of the event will be described.
  • the arrival probability (event occurrence probability) of the radiation irradiated from the radiation tube 11 to the photoelectric conversion unit 35 basically follows the Poisson distribution as described above, and is represented by, for example, the probability distribution 300 in FIG. It is.
  • the probability distribution 300 shown in FIG. 4 is a graph showing the probability that the next radiation will arrive after a certain event interval after the radiation has arrived.
  • the probability distribution 300 is a probability distribution, when the entire graph of the probability distribution 300 is integrated, the value becomes “1” (the area of the graph of the probability distribution 300).
  • the frequency distribution 301 shown in FIG. 4 is a graph showing the probability that the next radiation will arrive within a certain event interval after the radiation has arrived. For example, in the frequency distribution 301, when the event interval is 10 [ns], it indicates that the probability that the next radiation will reach within 10 [ns] is “0.6”. In the probability distribution 300, the area of the portion between 0 and 10 [ns] indicates the probability that the next radiation will arrive within 10 [ns] after the radiation has arrived. 0.6 ".
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a case where the interval between the normal waveform and the pile-up waveform is wide.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a case where the interval between the normal waveform and the pile-up waveform is narrow.
  • the normal waveform 401 that is the current waveform based on the first radiation is piled up on the normal waveform 401 based on the next radiation, and the signal is higher than the signal height of the original normal waveform 401.
  • the signal is higher than the signal height of the original normal waveform 401.
  • FIG. 5 (b) is a diagram showing a waveform of a differential value dI / dt obtained by differentiating the current I shown in FIG. 5 (a).
  • a waveform obtained by differentiating the normal waveform 400 is shown as a differentiated waveform 410
  • a waveform obtained by differentiating the normal waveform 401 is shown as a differentiated waveform 411
  • a waveform obtained by differentiating the pile-up waveform 402 is shown as a pile-up differentiated waveform 412. Yes.
  • the time when the differential value dI / dt becomes “0” when going from a positive value to a negative value and the time when it becomes “0” when going from a negative value to a positive value are shown in FIG. ) Is a zero cross with a slope of “0”.
  • the timing at which a falling zero cross is detected is the timing at which the current waveform peaks.
  • the timing at which a rising zero cross is detected when the differential value dI / dt goes from a negative value to a positive value is the timing at which a pile-up has occurred.
  • the zero-cross detector 225 detects a falling zero-cross or a rising zero-cross
  • the zero-cross detector 225 transmits the zero-cross information including the information to the time detector 226 and the control circuit 229.
  • FIG. 5C is a diagram showing an integrated value obtained by integrating the current I shown in FIG.
  • a waveform obtained by integrating the normal waveform 400 is shown as a charge waveform 420
  • a waveform obtained by integrating the normal waveform 401 is shown as a charge waveform 421
  • a waveform obtained by integrating the pile-up waveform 402 is shown as a pile-up charge waveform 422.
  • the charges indicated by these charge waveforms are calculated by the integration operation by the integrator 221.
  • the charge waveform 421 represents a charge waveform when the normal waveform 401 is integrated, and the normal waveform 401 is piled up on the normal waveform 400. Therefore, in actuality, it is not calculated by being integrated by the integrator 221.
  • FIG. 6A is a diagram exemplifying a case where the interval (event interval) between the peak of the normal waveform 400 and the peak of the normal waveform 401 is narrower than the event interval shown in FIG.
  • FIG. 6B is a diagram showing a waveform of a differential value dI / dt obtained by differentiating the current I shown in FIG.
  • FIG. 6C is a diagram showing an integrated value obtained by integrating the current I shown in FIG.
  • the integrator 221 calculates the charge Q, which is the result of integrating the current generated by the event, as shown in FIGS. Since the normal waveform 401 piles up in the normal waveform 400, it is difficult to calculate the charge Q by integrating the entire current value of the normal waveform 400 itself. Therefore, the signal processing device 22 according to the present embodiment performs an operation of reading the integral value (charge) of the waveform of the portion that is not affected by the pile-up waveform 402 in the normal waveform 400, and determines the magnitude of the integral value as It shall be regarded as a value reflecting the intensity of radiation.
  • the control circuit 229 receives the zero-cross information related to the falling zero cross from the zero-cross detector 225 or a predetermined time after receiving the zero-cross information related to the falling zero-cross.
  • a hold signal is transmitted to 222.
  • the charge Q reintegrated by the integrator 221 in the portion of the integration region 500 that is not affected by the pile-up waveform 402 in the normal waveform 400 is charged by the sample hold device 222.
  • the sampled and held charge Q1 is AD-converted by the AD converter 223 according to a predetermined clock frequency, and is transmitted to the counter circuit 227 as a digital signal.
  • This charge Q1 is a charge for the waveform of the portion of the normal waveform 400 that is not affected by the pile-up waveform 402, and is regarded as a value reflecting the intensity of radiation.
  • the peak height of the pile-up waveform 402 becomes the pile-up waveform shown in FIG. It becomes higher than the wave height of the peak at 402. That is, when a pileup occurs, the peak value of the peak of the pileup waveform 402 depends on the interval (event interval) between the normal waveform 400 and the normal waveform 401, so the charge Q based on the normal waveform 401 itself is directly calculated. Is difficult.
  • the counter circuit 227 uses the normal waveform 401 itself as follows. A charge corresponding to the charge Q1 of the waveform 400 is estimated. That is, when the counter circuit 227 receives a control signal indicating pile-up from the control circuit 229, the counter Q 227 has an electric charge Q1 based on the normal waveform 400 and an event interval between the normal waveform 400 and the pile-up waveform 402 (the normal waveform 400 and the normal waveform 401). In other words, the charge corresponding to the charge Q1 of the normal waveform 401 that is the original current waveform when the pile-up waveform 402 does not pile up is estimated.
  • FIG. 7 is a timing chart from when radiation is incident until AD conversion is performed. With reference to FIG. 7, the operation from when the radiation is incident on the photoelectric conversion unit 35 until the sampled and held charge is AD converted will be described.
  • a current indicated by a normal waveform 600 is generated by the radiation incident on the photoelectric conversion unit 35.
  • a current indicated by a normal waveform 601 is generated by radiation incident on the photoelectric conversion unit 35.
  • radiation further enters the photoelectric conversion unit 35, and a current indicated by a pile-up waveform 601 a piled up on the normal waveform 601 is generated.
  • a current indicated by a normal waveform 602 is generated by radiation incident on the photoelectric conversion unit 35.
  • the peak values of the peaks of the normal waveforms 600 to 602 are all shown as the same height, but actually, among the plurality of photoelectric conversion elements 32 of the photoelectric conversion unit 35, radiation photons are incident. Depending on the number of photoelectric conversion elements 32, the peak value (radiation intensity) varies.
  • the differential converter 220 receives the current I detected by the photoelectric conversion unit 35 and indicated by a normal waveform 600 reflecting the intensity of radiation, converts the current I into a differential signal, and transmits the differential signal to the integrator 221.
  • the integrator 221 performs integration processing on the current (differential signal) received from the differential converter 220 to calculate the charge Q indicated by the charge waveform 620, and uses the calculated charge Q as the sample-and-hold device 222.
  • the differentiator 224 receives the current I indicated by the normal waveform 600 that is detected by the photoelectric conversion unit 35 and reflects the intensity of the radiation, performs a differentiation process on the current I, calculates a differential value dI / dt, The calculated differential value is transmitted to the zero cross detector 225.
  • the zero-cross detector 225 detects a falling zero-cross from the differential waveform 610 that is a waveform of the differential value received from the differentiator 224, and detects zero-cross information when the falling zero-cross is detected, a time detector 226, and a control circuit. To 229.
  • the control circuit 229 receives the zero-cross information related to the falling zero-cross from the zero-cross detector 225, thereby detecting that the normal waveform 600 of the current I has reached the peak, and transmits the hold signal SH1 to the sample-and-hold device 222. To do.
  • the control circuit 229 transmits the hold signal SH1 when receiving the zero-cross information related to the falling zero-cross.
  • the control circuit 229 is not limited to this.
  • the control circuit 229 receives a predetermined value after receiving the zero-cross information.
  • the hold signal SH1 may be transmitted after a time.
  • the sample hold device 222 receives the hold signal SH1 from the control circuit 229, the sample hold device 222 samples and holds the charge Q received from the integrator 221 as the charge Q1. Then, the sample and hold unit 222 transmits the sampled and held charge Q1 to the AD converter 223.
  • the AD converter 223 AD-converts the charge Q1 received from the sample hold unit 222 according to a clock signal ADC having a predetermined clock frequency, and transmits a digital signal of the charge Q1 to the counter circuit 227. Further, the sample-and-hold device 222 performs sampling when the sampled and held charge Q1 is AD-converted by the AD converter 223 or when the hold signal SH1 received from the control circuit 229 becomes Low (off). Release hold. Further, the integrator 221 samples the stored charge Q by the sample hold unit 222, or when the charge Q1 sampled and held by the sample hold unit 222 is AD converted by the AD converter 223. Discharge.
  • the time detector 226 Based on the zero-cross information related to the falling zero-cross received from the zero-cross detector 225 and the falling zero-cross information about the normal waveform 601 described later, the time detector 226 starts from the peak of the normal waveform 600 of the current I. The event interval up to the peak of the normal waveform 601 is detected. Then, the time detector 226 transmits information on the detected event interval to the counter circuit 227. With the above flow, the signal processing device 22 executes processing for the normal waveform 600 that is the waveform of the current flowing in the photoelectric conversion element 32 generated by the radiation incident on the first photoelectric conversion unit 35.
  • the normal waveform 601 that is the waveform of the current flowing in the photoelectric conversion element 32 generated by the radiation incident on the photoelectric conversion unit 35, and the subsequent incident radiation
  • a process flow for a pile-up waveform 601a that is a waveform of a current that flows through the photoelectric conversion element 32 and is piled up to a normal waveform 601 will be described.
  • the differential converter 220 receives the current I detected by the photoelectric conversion unit 35 and indicated by the normal waveform 601 reflecting the radiation intensity, converts the current I into a differential signal, and transmits the differential signal to the integrator 221.
  • the integrator 221 performs integration processing on the current (differential signal) received from the differential converter 220 to calculate the charge Q indicated by the charge waveform 621, and uses the calculated charge Q as the sample hold device 222. Send to.
  • the differentiator 224 receives the current I indicated by the normal waveform 601 that is detected by the photoelectric conversion unit 35 and reflects the intensity of the radiation, performs a differentiation process on the current I, calculates a differential value dI / dt, The calculated differential value is transmitted to the zero cross detector 225.
  • the zero cross detector 225 detects the falling zero cross from the differential waveform 611 that is the waveform of the differential value received from the differentiator 224, and detects the zero cross information at the time when the falling zero cross is detected, and the time detector 226 and the control circuit. To 229.
  • the control circuit 229 receives the zero-cross information related to the falling zero-cross from the zero-cross detector 225, thereby detecting that the normal waveform 601 of the current I has reached the peak, and transmits the hold signal SH1 to the sample-and-hold device 222. To do.
  • the control circuit 229 transmits the hold signal SH1 when receiving the zero-cross information related to the falling zero-cross.
  • the control circuit 229 is not limited to this.
  • the control circuit 229 receives a predetermined value after receiving the zero-cross information.
  • the hold signal SH1 may be transmitted after a time.
  • the sample hold device 222 receives the hold signal SH1 from the control circuit 229, the sample hold device 222 samples and holds the charge Q received from the integrator 221 as the charge Q1. Then, the sample and hold unit 222 transmits the sampled and held charge Q1 to the AD converter 223.
  • the time detector 226 receives the normal waveform of the current I based on the zero-cross information related to the falling zero-cross of the normal waveform 600 received from the zero-cross detector 225 and the falling zero-cross information of the normal waveform 601. The event interval from 600 peaks to the peak of the normal waveform 601 is detected. Then, the time detector 226 transmits information on the detected event interval to the counter circuit 227.
  • the zero-cross detector 225 further detects a rising zero-cross from the differentiated waveform 611 that is the waveform of the differential value received from the differentiator 224, and detects the zero-cross information at the time when the rising zero-cross is detected.
  • the control circuit 229 receives the zero-cross information related to the rising zero-cross from the zero-cross detector 225, thereby detecting that the pile-up has occurred in the normal waveform 601 of the current I, and transmits a pile-up detection signal to the integrator 221. To do.
  • the integrator 221 starts integration processing for the current indicated by the pile-up waveform 601a received from the differential converter 220 at the timing when the pile-up detection signal is received from the control circuit 229, and is indicated by the charge waveform 621a.
  • the charge Q is calculated, and the calculated charge Q is transmitted to the sample hold device 222.
  • the integrator 221 is different from this capacitor because the integration process for the current indicated by the normal waveform 601 is performed by the specific capacitor at the time of starting the integration process for the current indicated by the pile-up waveform 601a.
  • the integration process is started by the capacitor.
  • the zero-cross detector 225 further detects a falling zero-cross from the differentiated waveform 611 that is a waveform of the differential value received from the differentiator 224, and detects zero-cross information when the falling zero-cross is detected as a time detector 226 and Transmit to the control circuit 229.
  • the control circuit 229 receives the zero-cross information related to the falling zero-cross from the zero-cross detector 225, thereby detecting that the pile-up waveform 601a of the current I reaches the peak, and sends the hold signal SH2 to the sample-and-hold device 222. Send.
  • the control circuit 229 transmits the hold signal SH2 when receiving the zero-cross information related to the falling zero-cross.
  • the control circuit 229 is not limited to this.
  • the control circuit 229 receives a predetermined value after receiving the zero-cross information.
  • the hold signal SH2 may be transmitted after a time.
  • the sample hold device 222 samples and holds the charge Q related to the pile-up waveform 601a received from the integrator 221 as the charge Q2. Then, the sample and hold unit 222 transmits the sampled and held charge Q2 to the AD converter 223.
  • the AD converter 223 AD-converts the charge Q1 received from the sample hold unit 222 according to the clock signal ADC having a predetermined clock frequency, AD-converts the charge Q2 according to the next clock ADC, and digitalizes the charges Q1 and Q2.
  • the signal is transmitted to the counter circuit 227.
  • the sample-and-hold device 222 is low (OFF) when the sampled and held charges Q1 and Q2 are AD-converted by the AD converter 223, or when the hold signals SH1 and SH2 received from the control circuit 229 are low. At that time, the sample hold is released.
  • the integrator 221 is a time when the stored charge Q is sampled and held by the sample hold unit 222, or a time when the charges Q1 and Q2 sampled and held by the sample hold unit 222 are AD converted by the AD converter 223. Then, discharge.
  • the current of the normal waveform 601 is integrated by the integrator 221
  • the charge Q1 sampled and held by the sample and hold unit 222 and the current of the pile-up waveform 601 a are integrated by the integrator 221 and sampled and held by the sample and hold unit 222.
  • the charge Q2 may be AD-converted by a plurality of AD converters 223 having different clock frequencies. That is, the charge Q1 and the charge Q2 may be continuously AD-converted by AD-converting the charge Q1 and setting the hold signal SH2 to High (on) until the next AD conversion timing at which the clock frequency is shifted. Good.
  • the time detector 226 receives the normal waveform 601 of the current I based on the zero cross information related to the falling zero cross for the normal waveform 601 received from the zero cross detector 225 and the falling zero cross information for the pile-up waveform 601a. The event interval from the peak to the peak of the pile-up waveform 601a is detected. Then, the time detector 226 transmits information on the detected event interval to the counter circuit 227. With the above flow, the signal processing device 22 executes processing on the normal waveform 601 and the pile-up waveform 601a piled up on the normal waveform 601.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of a histogram regarding the charge and the number of events.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a histogram regarding an event interval and the number of events.
  • the counter circuit 227 receives information on the charges (charges Q1 and Q2 in FIG. 7) AD-converted by the AD converter 223 and event interval information detected by the time detector 226.
  • the counter circuit 227 counts the number of events (number of events) according to the values of the received charges Q1 and Q2 and the event interval.
  • an event corresponding to a normal waveform may be counted when information on the charge Q1 is received.
  • the event corresponding to the pile-up waveform is counted when the information on the charge Q2 is received, or when a pile-up detection signal is transmitted to the integrator 221 by the control circuit 229, a control signal indicating that is provided. What is necessary is just to count when it receives from the control circuit 229.
  • the counter circuit 227 has, for example, the peak value of the peak of the pile-up waveform 601a in FIG. 7 as the normal waveform 601 and the original normal waveform related to the pile-up waveform 601a (the waveform of the current I dotted line shown in FIG. 7).
  • the charge corresponding to the charge Q1 for the normal waveform 601 based on the dotted waveform itself of the current I shown in FIG.
  • the counter circuit 227 receives the control signal indicating the pileup from the control circuit 229, the counter circuit 227 is based on the charge Q1 based on the normal waveform 601 and the event interval between the normal waveform 601 and the pileup waveform 601a. A charge corresponding to the charge Q1 is estimated for the original normal waveform when 601a does not pile up. Then, the counter circuit 227 transmits information on the number of events corresponding to the respective values of the charge and the event interval to the histogram forming circuit 228.
  • the histogram forming circuit 228 generates a histogram of the charge and the number of events and a histogram of the event interval and the number of events based on the information on the number of events corresponding to the values of the charge and the event interval received from the counter circuit 227. create. By obtaining such a histogram, it is possible to identify the substance constituting the subject 12 shown in FIG. An example of a histogram of charge and the number of events is shown in FIG. 8, and an example of a histogram of event intervals and the number of events is shown in FIG. As shown in FIG.
  • the histogram of the event interval and the number of events is the number of events (vertical axis) for each event interval (horizontal axis), and indicates the number of radiation events that arrived at the event interval.
  • this probability distribution should be a distribution having a shape approximating the probability distribution 300 according to the Poisson distribution shown in FIG. Therefore, the histogram formation circuit 228 can correct the generated histogram of the event interval and the number of events based on the characteristic value of the Poisson distribution (probability distribution 300) shown in FIG.
  • the characteristic value of) includes an average value, a variance, a mode value, and the like.
  • the number of charges of a normal waveform obtained by AD conversion using the clock signal of the clock frequency of the AD converter 223 is counted, and an event is generated by detecting that a pile-up has been detected. It is supposed to count things. As a result, it is possible to accurately detect radiation events that arrive at a higher arrival rate than the clock frequency of the AD converter 223. This also makes it possible to create a histogram with reduced errors and improved accuracy.
  • the control circuit 229 receives a zero-cross information related to the falling zero-cross from the zero-cross detector 225 or a predetermined time after receiving the zero-cross information related to the falling zero-cross.
  • the sample and hold unit 222 causes the charge received from the integrator 221 to be sampled and held.
  • the charge of the pile-up waveform is changed to the charge calculated for the normal waveform, the event related to the normal waveform, and the event related to the pile-up waveform. It is estimated based on the event interval.
  • the charge corresponding to the charge calculated for the normal waveform can be obtained with high accuracy as a value reflecting the intensity of the radiation that has reached the photoelectric conversion unit 35 related to the pile-up waveform. Therefore, it is possible to create a histogram of the charge and the number of events that further reduces the error and improves the accuracy.
  • the histogram forming circuit 228 can correct the created histogram of the event interval and the number of events based on the characteristic value of the Poisson distribution. As a result, it can be expected that a histogram of the event interval and the number of events with reduced errors and improved accuracy can be obtained.

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Abstract

　放射線の高い到達率においてもイベントを検知し、誤差を低減させたイベント数についてのヒストグラムを作成可能とする信号処理装置、放射線検出装置および信号処理方法を提供する。　実施形態の信号処理装置は、積分手段と、微分手段と、ゼロクロス手段と、パイルアップ検出手段と、イベント間隔検出手段と、カウント手段と、作成手段と、を備える。積分手段は、光電変換手段からの電流を積分して電荷を算出する。微分手段は、電流を微分して微分値を算出する。ゼロクロス検出手段は、ゼロクロスを検出する。パイルアップ検出手段は、パイルアップを検出する。イベント間隔検出手段は、ゼロクロスおよびパイルアップに基づいてイベント間隔を検出する。カウント手段は、電荷およびパイルアップに基づいてイベント数をカウントする。作成手段は、イベント数のヒストグラムを作成する。

Description

信号処理装置、放射線検出装置および信号処理方法
　本発明の実施形態は、信号処理装置、放射線検出装置および信号処理方法に関する。
　近年、シリコンをベースとした光電子増倍器の開発が盛んになると共に、シンチレータと光電子増倍器とを用いた微弱光検出システム（例えば、Ｘ線等を検出する放射線検出装置）の開発が進んでいる。例えば、放射線検出装置は、コンピュータ断層撮影（ＣＴ：Ｃｏｍｐｕｔｅｄ　Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）等で利用され、患者または荷物等の断層撮影を可能としている。特に、光電子増倍器の検出単位となる光電変換素子として、アバランシェフォトダイオード（Ａｖａｌａｎｃｈｅ　Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ：ＡＰＤ）とクエンチ抵抗とを直列に接続して構成されたＳｉＰＭは、高いＳ／Ｎ比と高いダイナミックレンジを有し、低電圧駆動を実現している。このような、光電変換素子を利用した放射線検出装置は、光電変換素子から電流を検出し、電流を積分して電荷および電圧を求め、サンプルホールドされた後に、ＡＤ変換される。得られたデジタル信号は、信号処理によってヒストグラム等の作成に利用される。
　一方、フォトンカウンティング方式の放射線検出装置においては、シンチレータに入射するＸ線の到達率は１０８［ｃｐｓ］程度となることが予測され、高速かつ高エネルギー分解能を持ったデータを数百チャンネルで同時に計測できる回路が求められる。また、上述のような放射線検出装置が検出できる計数率は、光電変換素子の回復時間、または、ＡＤ変換器の変換能力等に左右される。しかし、光電変換素子の回復時間を短縮するには、光電変換素子のクエンチ抵抗の値を小さくし、時定数を小さくする方法が挙げられるが、クエンチ抵抗の値が小さ過ぎる場合、クエンチング動作ができなくなる可能性があるため、回復時間を短縮するには限界があるという問題点がある。このため、光電変換素子に放射線（あるいはシンチレータにより変換されたシンチレーション光）の光子が入射する事象（以下、イベントという）が、光電変換素子の回復時間内に発生すると、いわゆるパイルアップが生じる。
　また、放射線検出装置で発生するイベントの発生確率はポアソン分布に従う。このため、例えば、イベント間隔が、放射線の平均到達時間１０［ｎｓ］（上述の１０８［ｃｐｓ］に相当）よりも短い間隔でのイベントの発生確率は約６割、４［ｎｓ］以下でも約３割存在する。したがって、イベントを検知するには高速なＡＤ変換能力を有するＡＤ変換器が必要となるが、高速なＡＤ変換器は消費電力が大きくなるという問題点もある。
特開２００４－１１２０７７号公報
　本発明が解決しようとする課題は、放射線の高い到達率においてもイベントを検知し、誤差を低減させたイベント数についてのヒストグラムを作成可能とする信号処理装置、放射線検出装置および信号処理方法を提供することである。
　実施形態の信号処理装置は、積分手段と、微分手段と、ゼロクロス手段と、パイルアップ検出手段と、イベント間隔検出手段と、カウント手段と、作成手段と、を備える。積分手段は、入射する放射線に基づいて電流に変換する光電変換手段からの電流を積分して電荷を算出する。微分手段は、電流を微分して微分値を算出する。ゼロクロス検出手段は、微分値のゼロクロスを検出する。パイルアップ検出手段は、ゼロクロスに基づいて電流についてのパイルアップを検出する。イベント間隔検出手段は、ゼロクロスおよびパイルアップに基づいて、放射線が光電変換手段に入射するイベント間の時間であるイベント間隔を検出する。カウント手段は、電荷およびパイルアップに基づいて、電荷に応じたイベント数、およびイベント間隔に応じたイベント数をカウントする。作成手段は、電荷についてのイベント数のヒストグラム、およびイベント間隔についてのイベント数のヒストグラムを作成する。
放射線検査装置の構成の例を示す図である。 放射線検出器の構成の例を示す図である。 信号処理装置の回路構成の例を示す図である。 放射線の到達確率についてのポアソン分布を説明する図である。 通常波形とパイルアップ波形との間隔が広い場合について説明する図である。 通常波形とパイルアップ波形との間隔が狭い場合について説明する図である。 放射線が入射されてからＡＤ変換されるまでのタイミングチャートである。 電荷およびイベント数についてのヒストグラムの例を示す図である。 イベント間隔およびイベント数についてのヒストグラムの例を示す図である。
　以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る信号処理装置、放射線検出装置および信号処理方法を詳細に説明する。また、以下の図面において、同一の部分には同一の符号が付してある。ただし、図面は模式的なものであるため、具体的な構成は以下の説明を参酌して判断すべきものである。
　図１は、放射線検査装置の構成の例を示す図である。図１を参照しながら、放射線検査装置１の全体構成の概要を説明する。
　図１に示すように、放射線検査装置１は、放射線管１１と、放射線管１１に対向して設けられた放射線検出装置１０とを備えている。
　放射線管１１は、対向する放射線検出装置１０に向かって、ファン状にＸ線等の放射線ビーム１１ａを照射する装置である。放射線管１１から照射された放射線ビーム１１ａは、図示しない架台上の被検体１２を透過して、放射線検出装置１０に入射する。
　放射線検出装置１０は、放射線管１１から照射され、少なくとも一部が被検体１２を透過する放射線ビーム１１ａを入射面２０ａで受けて、放射線を紫外線、可視光線および赤外線の少なくとも一部を含むシンチレーション光に変換し、それを電気信号として検出する装置である。放射線検出装置１０は、略円弧状に配列した複数の放射線検出部２０と、放射線検出部２０の入射面２０ａ側に設置されたコリメータ２１と、各放射線検出部２０の放射線管１１側とは反対側の電極に信号線２３により接続される信号処理装置２２とを有する。
　放射線検出部２０は、入射面２０ａから入射した放射線（放射線ビーム１１ａ）をシンチレーション光に変換し、後述する光電変換素子３２によりシンチレーション光を電気信号（電流）に変換（光電変換）する。
　コリメータ２１は、放射線検出部２０の入射面２０ａ側に設置され、放射線検出部２０に対して放射線が平行に入射するように屈折させる光学系である。
　信号処理装置２２は、各放射線検出部２０によって光電変換された電気信号（電流）を、信号線２３を介して受信することによって、イベントを検知し、受信した電流値により各放射線検出部２０に入射する放射線のエネルギーを算出する。
　そして、放射線管１１および放射線検出装置１０は、上述の被検体１２を中心として回転するように配置されている。これによって、放射線検査装置１は、被検体１２の断面画像を生成することができる。なお、放射線検出装置１０を含む放射線検査装置１は、人体および動植物の断層像だけでなく、物品の内部の透視等のセキュリティ装置等の各種検査装置としても適用できる。
　図２は、放射線検出器の構成の例を示す図である。図２を参照しながら、放射線検出部２０および放射線検出器３０の構成について説明する。図２（ａ）は、略円弧状に配列した複数の放射線検出部２０の構成図であり、図２（ｂ）は、放射線検出部２０のうち放射線検出器３０の概略構成図である。
　図２（ａ）に示すように、複数の放射線検出部２０は、略円弧状に配列して構成され、放射線の入射面側にはコリメータ２１が配置されている。図２（ｂ）に示すように、放射線検出部２０は、素子支持板２４上に放射線検出器３０が固定されている。放射線検出器３０は、内部に複数の光電変換素子３２が配設された光電変換層３１と、放射線をシンチレーション光に変換するシンチレータ３３とを有する。光電変換層３１およびシンチレータ３３は、光電変換層３１の入射面側とシンチレータ３３の出射面側とが接着層により接着された積層構造を有する。
　シンチレータ３３は、交差する２方向において所定のピッチで形成された光反射板３４を有する。光電変換層３１およびシンチレータ３３は、光反射板３４によって、マトリックス状に配列した複数の光電変換部３５（光電変換手段）に画定される。複数の光電変換部３５には、それぞれ複数の光電変換素子３２が含まれ、光電変換部３５ごとに、イベントの検知、および入射した放射線のエネルギー等が検出される。
　放射線管１１（図１参照）から照射されたＸ線等の放射線は、放射線検出器３０のシンチレータ３３に入射する。放射線は、シンチレータ３３によって、電磁波としての放射線よりも波長の長い紫外線、可視光線または赤外線のうち少なくともいずれかを含むシンチレーション光に変換される。変換されたシンチレーション光は、光反射板３４によって反射されつつ、シンチレータ３３を通過して、光電変換層３１へ向かう。
　シンチレータ３３から出射したシンチレーション光は、光電変換層３１に形成された複数の光電変換素子３２に入射する。光電変換素子３２は、シンチレーション光（光子）が入射することにより発生するアバランシェ降伏により、光電変換素子３２のＡＰＤのカソード側からアノード側へ向かう方向（逆バイアス方向）へ電気的に導通する。
　光電変換素子３２は、信号処理装置２２（図１参照）により、逆バイアスとなる電圧が印加されている。このとき、上述のように光電変換素子３２に光子が入射することにより逆バイアス方向に導通することによって、光電変換素子３２（ＡＰＤおよびそれに直列に接続されたクエンチ抵抗）には逆バイアス方向に電流が流れる。そして、この電流は、信号線２３を介して信号処理装置２２により検出される。
　ここで、光電変換素子３２に流れる逆バイアス方向の電流の値は、入射する光子の数（シンチレーション光の強度）にほとんど影響されない。例えば、１００個の光子が、１個の光電変換素子３２に入射してこの１個の光電変換素子３２に流れる電流値に対して、１００個の光子のうち、１０個の光電変換素子３２にそれぞれ１０個の光子が入射して１０個の光電変換素子３２に流れる電流の合計値は約１０倍になる。したがって、複数の光電変換素子３２を含む光電変換部３５に入射した放射線の強度（電流）を精度よく検出するためには、光電変換部３５内の複数の光電変換素子３２にシンチレーション光が均等に入射する必要がある。このように、光電変換層３１に入射したシンチレーション光が、複数の光電変換素子３２に均等に入射することによって、光電変換部３５において、シンチレーション光の強度、すなわち、放射線検出器３０に入射した放射線の強度を精度よく反映した電流値が検出されることになる。
　図３は、信号処理装置の回路構成の例を示す図である。図３を参照しながら、本実施形態に係る信号処理装置２２の回路ブロック構成について説明する。
　図３に示すように、信号処理装置２２は、差動変換器２２０と、積分器２２１（積分手段）と、サンプルホールド器２２２（ホールド手段）と、ＡＤ変換器２２３と、微分器２２４（微分手段）と、ゼロクロス検出器２２５（ゼロクロス検出手段）と、時間検出器２２６（イベント間隔検出手段）と、カウンタ回路２２７（カウント手段）と、ヒストグラム形成回路２２８（作成手段）と、制御回路２２９（パイルアップ検出手段）と、を備えている。
　差動変換器２２０は、光電変換部３５によって検出され、放射線の強度を反映した電流Ｉを受信し、耐ノイズ性能を向上させた差動信号に変換し、電流の差動信号を積分器２２１に送信する。
　積分器２２１は、差動変換器２２０から受信した、差動信号とされた電流に対して、積分処理を実行して電荷Ｑを算出し、算出した電荷Ｑをサンプルホールド器２２２に送信する。具体的には、積分器２２１は、キャパシタを内蔵しており、キャパシタに電流が流れ込むことによって電荷Ｑとして蓄えられる。したがって、積分器２２１が出力する値としては、キャパシタに蓄えられた電荷に比例するキャパシタの両端の電圧の値となるが、数学的には電流を積分することによって得られる電荷であるので、以後の説明として、積分器２２１が出力する値は電荷の値であるものとして説明する。積分器２２１は、差動変換器２２０から電流を受信したタイミング、および、制御回路２２９から後述するパイルアップ検出信号を受信したタイミングで、積分処理を開始する。また、積分器２２１は、例えば、サンプルホールド器２２２に送信するキャパシタに蓄えられた電荷Ｑを、サンプルホールド器２２２によりサンプルホールドされた時点、または、サンプルホールド器２２２にサンプルホールドされた電荷Ｑが後述のＡＤ変換器２２３によりＡＤ変換された時点で、放電するものとすればよい。また、積分器２２１は、キャパシタに電荷Ｑを蓄えることによる積分処理中、または、蓄えた電荷Ｑの放電中に、上述のパイルアップ検出信号を受信する可能性がある。この場合、例えば、積分器２２１は、キャパシタを複数内蔵しているものとし、あるキャパシタにおける積分処理中または放電中に、パイルアップ検出信号を受信した場合、別のキャパシタにおいて後述のパイルアップ波形に基づく電流に対して積分処理するものとすればよい。
　サンプルホールド器２２２は、後述するように、制御回路２２９からホールド信号を受信した時点で、積分器２２１から受信している電荷Ｑを電荷Ｑ１としてサンプルホールドする。そして、サンプルホールド器２２２は、サンプルホールドした電荷Ｑ１をＡＤ変換器２２３に送信する。なお、制御回路２２９がホールド信号をサンプルホールド器２２２に送信するタイミングについては、後述する。また、サンプルホールド器２２２は、サンプルホールドした電荷Ｑ１が後述するようにＡＤ変換器２２３によってＡＤ変換された時点、または、制御回路２２９から受信しているホールド信号がＬｏｗ（オフ）となった時点で、サンプルホールドを解除するものとすればよい。また、サンプルホールド器２２２は、積分器２２１が内蔵する複数のキャパシタごとに、サンプルホールドおよびその解除が可能であるものとする。
　ＡＤ変換器２２３は、サンプルホールド器２２２から受信している電荷Ｑ１を、所定のクロック周波数に従ってＡＤ変換し、電荷Ｑ１のデジタル信号をカウンタ回路２２７へ送信する。すなわち、後述するパイルアップが生じないとした場合、ＡＤ変換器２２３によるクロック周波数が、光電変換部３５にシンチレーション光に入射した回数、すなわち、イベントの回数をカウントできる計数率の上限値となる。なお、クロック周波数は、ＡＤ変換器２２３が内部で発生させるクロックに基づくものとしてもよく、制御回路２２９から送信される制御信号に基づくものとしてもよい。また、ＡＤ変換器２２３は、例えば、サンプルホールド器２２２が備える複数のキャパシタに応じて、クロックの周波数がずれた複数のものが備えられるものとしてもよい。これによって、上述のイベントの回数をカウントできる計数率の上限値をあげることができる。
　微分器２２４は、光電変換部３５によって検出され、放射線の強度を反映した電流Ｉを受信し、電流Ｉに対して微分処理を実行して微分値ｄＩ／ｄｔを算出し、算出した微分値をゼロクロス検出器２２５に送信する。
　ゼロクロス検出器２２５は、微分器２２４から受信した微分値の波形（微分波形）から、微分波形のゼロクロスを検知し、ゼロクロスを検知した時点でゼロクロス情報を、時間検出器２２６および制御回路２２９に送信する。ゼロクロス情報は、微分波形において微分値が負値から正値になるときのゼロクロス（以下、立上りのゼロクロスという）の情報、または、微分値が正値から負値になるときのゼロクロス（以下、立下りのゼロクロスという）の情報を含む。また、ゼロクロスが検知された時点は、電流Ｉの波形の傾きが「０」になるタイミングである。そのうち、立下りのゼロクロスが検知された時点は、電流Ｉの波形がピークとなるタイミングと一致し、立上りのゼロクロスが検知された時点は、後述するパイルアップが発生したタイミングと一致する。
　時間検出器２２６は、ゼロクロス検出器２２５から受信するゼロクロス情報に基づいて、電流Ｉの波形（後述の図７に示す通常波形またはパイルアップ波形）のピークからピークまでの時間、すなわち、イベント間隔を検出する。例えば、時間検出器２２６は、立下りのゼロクロス情報を受信した後、立下りのゼロクロス情報を受信した場合、通常波形のピークから次の通常波形のピークまでのイベント間隔、または、通常波形にパイルアップしたパイルアップ波形のピークから、次の通常波形のピークまでのイベント間隔を検出する。また、時間検出器２２６は、立下りのゼロクロス情報、立上りのゼロクロス情報、そして、立下りのゼロクロス情報の順で受信した場合、最初の立下りのゼロクロス情報の受信タイミングから、最後の立下りのゼロクロス情報の受信タイミングまでの時間を、以下のイベント間隔であると判断して検出する。すなわち、通常波形のピークから、その通常波形にパイルアップしたパイルアップ波形のピークまでのイベント間隔、または、通常波形（またはパイルアップ波形）にパイルアップしたパイルアップ波形のピークから、そのパイルアップ波形にさらにパイルアップしたパイルアップ波形のピークまでのイベント間隔である。そして、時間検出器２２６は、検出したイベント間隔の情報をカウンタ回路２２７へ送信する。
　カウンタ回路２２７は、ＡＤ変換器２２３によりＡＤ変換された電荷Ｑ１の情報と、時間検出器２２６により検出されたイベント間隔の情報と、を受信する。なお、後述する図７では、通常波形の電荷をＱ１、パイルアップ波形の電荷をＱ２として記載しているが、ここでの電荷Ｑ１は双方を含むものとする。カウンタ回路２２７は、受信した電荷Ｑ１およびイベント間隔のそれぞれ値に応じて、イベントの回数（イベント数）をカウントする。ここで、イベント数のカウントの方法としては、通常波形に対応するイベントについては、電荷Ｑ１の情報を受信した場合にカウントするものとすればよい。また、パイルアップ波形に対応するイベントについては、電荷Ｑ１（図７では電荷Ｑ２と記載）の情報を受信した場合にカウント、または、制御回路２２９により積分器２２１にパイルアップ検出信号が送信される時に、その旨を示す制御信号を制御回路２２９から受信した場合にカウントするものとすればよい。そして、カウンタ回路２２７は、電荷Ｑ１およびイベント間隔のそれぞれの値に対応するイベント数の情報を、ヒストグラム形成回路２２８に送信する。
　ヒストグラム形成回路２２８は、カウンタ回路２２７から受信した電荷Ｑ１およびイベント間隔のそれぞれの値に対応するイベント数の情報に基づいて、電荷Ｑ１とイベント数とのヒストグラム、および、イベント間隔とイベント数とのヒストグラムを作成する。ヒストグラム形成回路２２８は、作成したヒストグラムの情報を、外部機器に送信する。なお、ヒストグラム形成回路２２８は、電荷Ｑ１とイベント数とのヒストグラム、および、イベント間隔とイベント数とのヒストグラムの双方を作成することに限定されるものではなく、いずれか一方を作成するものとしてもよい。
　制御回路２２９は、信号処理装置２２全体の動作の制御を司る。具体的には、制御回路２２９は、ゼロクロス検出器２２５からゼロクロス情報を受信し、そのゼロクロス情報が立上りのゼロクロスに係るものである場合、パイルアップが発生したことを検知し、積分器２２１にパイルアップ検出信号を送信する。また、制御回路２２９は、ゼロクロス検出器２２５からゼロクロス情報を受信し、そのゼロクロス情報が立下りのゼロクロスに係るものである場合、電流Ｉの波形（通常波形およびパイルアップ波形）がピークに達したことを検知し、サンプルホールド器２２２にホールド信号を送信する。なお、制御回路２２９は、立下りのゼロクロスの情報を含むゼロクロス情報を受信した時に、ホールド信号を送信するものとしたが、これに限定されるものではなく、例えば、ゼロクロス情報を受信してから所定時間後にホールド信号を送信するものとしてもよい。また、制御回路２２９は、ＡＤ変換器２２３、カウンタ回路２２７およびヒストグラム形成回路２２８に、それぞれの動作を規定する制御信号を送信する。例えば、制御回路２２９は、上述のようにパイルアップが発生したことを検知した場合、その旨を示す制御信号をカウンタ回路２２７に送信するものとしてもよい。
　なお、図３は、信号処理装置２２の回路ブロックの構成の一例を示すものであり、これに限定されるものではなく、上述の各処理器および各回路の機能を有するものであればどのような構成であってもよい。
　図４は、放射線の到達確率についてのポアソン分布を説明する図である。図４を参照しながら、放射線管１１から照射された放射線の放射線検出部２０の光電変換部３５に到達する放射線の到達確率、すなわちイベントの発生確率について説明する。
　放射線管１１から照射される放射線が光電変換部３５に到達する放射線の到達確率（イベントの発生確率）は、上述のように、基本的にポアソン分布に従い、例えば、図４の確率分布３００で示される。図４に示す確率分布３００は、放射線が到達してからあるイベント間隔後に次の放射線が到達する確率を示すグラフである。上述のように、放射線は１０８［ｃｐｓ］程度の高い到達率で、光電変換部３５に到達するので、図４の確率分布３００に示すように、イベント間隔が大きくなるほど確率は低くなる。また、確率分布３００は、確率の分布であるので、確率分布３００のグラフ全体を積分すると値は「１」（確率分布３００のグラフの面積）となる。
　図４に示す頻度分布３０１は、放射線が到達してからあるイベント間隔内に次の放射線が到達する確率を示すグラフである。例えば、頻度分布３０１において、イベント間隔が１０［ｎｓ］である場合、この１０［ｎｓ］以内に次の放射線が到達する確率が「０．６」であることを示す。また、確率分布３００において、０～１０［ｎｓ］の間の部分の面積は、放射線が到達してから１０［ｎｓ］内に次の放射線が到達する確率を示すことになるので、値は「０．６」となる。
　図５は、通常波形とパイルアップ波形との間隔が広い場合について説明する図である。図６は、通常波形とパイルアップ波形との間隔が狭い場合について説明する図である。図５および６を参照しながら、パイルアップについて、ならびに、積分器２２１による積分動作およびサンプルホールド器２２２によるサンプルホールド動作について説明する。
　まず、図５を参照しながら、パイルアップおよび積分器２２１による積分動作について説明する。放射線管１１からの放射線が光電変換部３５に入射し、光電変換素子３２のＡＰＤに光子が入射すると、図５（ａ）の通常波形４００に示す電流が流れる。光電変換素子３２は、ＡＰＤに直列にクエンチ抵抗が接続されているため、通常波形４００で示す電流は、すぐには「０」とならずにテール部分が残る。上述のように、放射線の到達率は高いので、このテール部分が十分に低下する前に次の放射線が到達する場合がある。この場合、次に到達した放射線により発生する電流は、最初の放射線による電流に加算されて、本来の電流（図５（ａ）の通常波形４０１）の信号の高さよりも高い信号が発生する。これをパイルアップという。図５（ａ）においては、最初の放射線に基づく電流の波形である通常波形４００に、次の放射線に基づく通常波形４０１がパイルアップして、本来の通常波形４０１の信号の高さよりも高い信号として現れる波形をパイルアップ波形４０２として示している。
　図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す電流Ｉを微分した微分値ｄＩ／ｄｔの波形を示す図である。図５（ｂ）において、通常波形４００を微分した波形を微分波形４１０、通常波形４０１を微分した波形を微分波形４１１、そして、パイルアップ波形４０２を微分した波形をパイルアップ微分波形４１２として示している。これらの微分波形において、微分値ｄＩ／ｄｔが正値から負値へ向かう際に「０」となる時点、および負値から正値に向かう際に「０」になる時点は、図５（ａ）の電流波形においては傾きが「０」となるゼロクロスとなる。具体的には、図５に示すように、微分値ｄＩ／ｄｔが正値から負値へ向かう場合の立下りのゼロクロスが検知されるタイミングは、電流波形のピークとなるタイミングである。また、微分値ｄＩ／ｄｔが負値から正値へ向かう場合の立上りのゼロクロスが検知されるタイミングは、パイルアップが発生したタイミングである。ゼロクロス検出器２２５は、上述のように、立下りのゼロクロスまたは立上りのゼロクロスを検知した時点で、その情報を含むゼロクロス情報を時間検出器２２６および制御回路２２９に送信する。
　図５（ｃ）は、図５（ａ）に示す電流Ｉを積分した積分値、すなわち、電荷Ｑの波形を示す図である。図５（ｃ）において、通常波形４００を積分した波形を電荷波形４２０、通常波形４０１を積分した波形を電荷波形４２１、そして、パイルアップ波形４０２を積分した波形をパイルアップ電荷波形４２２として示している。これらの電荷波形が示す電荷は、積分器２２１による積分動作によって算出される。ただし、図５（ｃ）に示す電荷波形のうち、電荷波形４２１は、仮に通常波形４０１が積分された場合の電荷の波形を示すものであり、通常波形４０１は通常波形４００上でパイルアップされるので、実際には、積分器２２１により積分されて算出されることはない。
　次に、図６を参照しながら、サンプルホールド器２２２によるサンプルホールド動作について説明する。図６（ａ）は、通常波形４００のピークと通常波形４０１のピークとの間隔（イベント間隔）は、図５（ａ）に示すイベント間隔よりも狭い場合を例示した図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す電流Ｉを微分した微分値ｄＩ／ｄｔの波形を示す図である。図６（ｃ）は、図６（ａ）に示す電流Ｉを積分した積分値、すなわち、電荷Ｑの波形を示す図である。
　まず、イベントを発生させた放射線の強度をもとめるために、積分器２２１によってイベントにより発生した電流を積分した結果値である電荷Ｑが算出されることになるが、図５および６に示すように、通常波形４００には通常波形４０１がパイルアップしているので、通常波形４００そのものの電流値全体を積分して電荷Ｑを算出することは困難である。そこで、本実施形態に係る信号処理装置２２は、通常波形４００において、パイルアップ波形４０２に影響されない部分の波形についての積分値（電荷）を読み取る動作を実行し、この積分値の大きさを、放射線の強度が反映した値とみなすものとする。具体的には、制御回路２２９は、ゼロクロス検出器２２５から立下りのゼロクロスに係るゼロクロス情報を受信した時、または、立下りのゼロクロスに係るゼロクロス情報を受信してから所定時間後に、サンプルホールド器２２２にホールド信号を送信する。これによって、図６（ｃ）に示すように、通常波形４００においてパイルアップ波形４０２に影響されない積分領域５００の部分において、積分器２２１によリ積分された電荷Ｑが、サンプルホールド器２２２により電荷Ｑ１のところでサンプルホールドされる。そして、サンプルホールドされた電荷Ｑ１は、ＡＤ変換器２２３によって、所定のクロック周波数に従ってＡＤ変換され、デジタル信号としてカウンタ回路２２７へ送信される。この電荷Ｑ１は、パイルアップ波形４０２に影響されない通常波形４００の部分の波形についての電荷であり、放射線の強度が反映した値であるとみなす。
　また、図６（ａ）に示すように、通常波形４００のピークと通常波形４０１のピークとの間隔が狭くなると、パイルアップ波形４０２のピークの波高は、図５（ａ）に示すパイルアップ波形４０２のピークの波高よりも高くなる。すなわち、パイルアップが発生すると、パイルアップ波形４０２のピークの波高値は、通常波形４００と通常波形４０１との間隔（イベント間隔）に依存するので、通常波形４０１そのものによる電荷Ｑを直接算出するのは難しい。そこで、パイルアップ波形４０２のピークの波高値が、通常波形４００と通常波形４０１とのイベント間隔に依存することを利用して、カウンタ回路２２７は、以下のように、通常波形４０１そのものによる、通常波形４００の電荷Ｑ１に相当する電荷を推定する。すなわち、カウンタ回路２２７は、制御回路２２９からパイルアップを示す制御信号を受信すると、通常波形４００に基づく電荷Ｑ１と、通常波形４００とパイルアップ波形４０２とのイベント間隔（通常波形４００と通常波形４０１とのイベント間隔とも換言できる）とに基づいて、パイルアップ波形４０２がパイルアップしないとした場合のもとの電流波形である通常波形４０１の電荷Ｑ１に相当する電荷を推定する。
　図７は、放射線が入射されてからＡＤ変換されるまでのタイミングチャートである。図７を参照しながら、光電変換部３５に放射線が入射されてから、サンプルホールドされた電荷がＡＤ変換されるまでの動作を説明する。図７においては、光電変換部３５に入射された放射線によって、まず、通常波形６００で示す電流が発生する。その次に光電変換部３５に入射された放射線によって、通常波形６０１で示す電流が発生する。この通常波形６０１のテーブル部分のタイミングで、さらに光電変換部３５に放射線が入射し、通常波形６０１にパイルアップしたパイルアップ波形６０１ａで示す電流が発生する。さらに、その次に、光電変換部３５に入射された放射線によって、通常波形６０２で示す電流が発生する。なお、図７においては、通常波形６００～６０２のピークの波高値はすべて同じ高さとして示されているが、実際は、光電変換部３５の複数の光電変換素子３２のうち、放射線の光子が入射した光電変換素子３２の数によって、波高値（放射線の強度）は異なる。
　まず、最初の光電変換部３５に入射された放射線によって生じた光電変換素子３２に流れる電流の波形である通常波形６００に対する処理の流れを説明する。
　差動変換器２２０は、光電変換部３５によって検出され、放射線の強度を反映した通常波形６００で示す電流Ｉを受信し、差動信号に変換して積分器２２１に送信する。積分器２２１は、差動変換器２２０から受信した電流（差動信号）に対して、積分処理を実行して、電荷波形６２０で示す電荷Ｑを算出し、算出した電荷Ｑをサンプルホールド器２２２に送信する。微分器２２４は、光電変換部３５によって検出され、放射線の強度を反映した通常波形６００で示す電流Ｉを受信し、電流Ｉに対して微分処理を実行して微分値ｄＩ／ｄｔを算出し、算出した微分値をゼロクロス検出器２２５に送信する。ゼロクロス検出器２２５は、微分器２２４から受信した微分値の波形である微分波形６１０から立下りのゼロクロスを検知し、立下りのゼロクロスを検知した時点でゼロクロス情報を、時間検出器２２６および制御回路２２９に送信する。
　制御回路２２９は、ゼロクロス検出器２２５から立下りのゼロクロスに係るゼロクロス情報を受信することによって、電流Ｉの通常波形６００がピークに達したことを検知し、サンプルホールド器２２２にホールド信号ＳＨ１を送信する。なお、制御回路２２９は、立下りのゼロクロスに係るゼロクロス情報を受信した時に、ホールド信号ＳＨ１を送信するものとしたが、これに限定されるものではなく、例えば、ゼロクロス情報を受信してから所定時間後にホールド信号ＳＨ１を送信するものとしてもよい。サンプルホールド器２２２は、制御回路２２９からホールド信号ＳＨ１を受信した時点で、積分器２２１から受信している電荷Ｑを電荷Ｑ１としてサンプルホールドする。そして、サンプルホールド器２２２は、サンプルホールドした電荷Ｑ１をＡＤ変換器２２３に送信する。
　ＡＤ変換器２２３は、サンプルホールド器２２２から受信している電荷Ｑ１を、所定のクロック周波数のクロック信号ＡＤＣに従ってＡＤ変換し、電荷Ｑ１のデジタル信号をカウンタ回路２２７へ送信する。また、サンプルホールド器２２２は、サンプルホールドした電荷Ｑ１がＡＤ変換器２２３によってＡＤ変換された時点、または、制御回路２２９から受信しているホールド信号ＳＨ１がＬｏｗ（オフ）となった時点で、サンプルホールドを解除する。また、積分器２２１は、蓄えた電荷Ｑを、サンプルホールド器２２２によりサンプルホールドされた時点、または、サンプルホールド器２２２にサンプルホールドされた電荷Ｑ１がＡＤ変換器２２３によりＡＤ変換された時点で、放電する。
　時間検出器２２６は、ゼロクロス検出器２２５から受信した立下りのゼロクロスに係るゼロクロス情報と、後述する通常波形６０１についての立下りのゼロクロス情報とに基づいて、電流Ｉの通常波形６００のピークから、通常波形６０１のピークまでのイベント間隔を検出する。そして、時間検出器２２６は、検出したイベント間隔の情報をカウンタ回路２２７へ送信する。以上のような流れで、信号処理装置２２は、最初の光電変換部３５に入射された放射線によって生じた光電変換素子３２に流れる電流の波形である通常波形６００に対する処理を実行する。
　次に、通常波形６００に係るイベントが発生した後に、光電変換部３５に入射された放射線によって生じた光電変換素子３２に流れる電流の波形である通常波形６０１、および、続いて入射された放射線によって生じた光電変換素子３２に流れる電流の波形であって、通常波形６０１にパイルアップしたパイルアップ波形６０１ａに対する処理の流れを説明する。
　差動変換器２２０は、光電変換部３５によって検出され、放射線の強度を反映した通常波形６０１で示す電流Ｉを受信し、差動信号に変換して積分器２２１に送信する。積分器２２１は、差動変換器２２０から受信した電流（差動信号）に対して、積分処理を実行して、電荷波形６２１で示す電荷Ｑを算出し、算出した電荷Ｑをサンプルホールド器２２２に送信する。微分器２２４は、光電変換部３５によって検出され、放射線の強度を反映した通常波形６０１で示す電流Ｉを受信し、電流Ｉに対して微分処理を実行して微分値ｄＩ／ｄｔを算出し、算出した微分値をゼロクロス検出器２２５に送信する。ゼロクロス検出器２２５は、微分器２２４から受信した微分値の波形である微分波形６１１から立下りのゼロクロスを検知し、立下りのゼロクロスを検知した時点でゼロクロス情報を、時間検出器２２６および制御回路２２９に送信する。
　制御回路２２９は、ゼロクロス検出器２２５から立下りのゼロクロスに係るゼロクロス情報を受信することによって、電流Ｉの通常波形６０１がピークに達したことを検知し、サンプルホールド器２２２にホールド信号ＳＨ１を送信する。なお、制御回路２２９は、立下りのゼロクロスに係るゼロクロス情報を受信した時に、ホールド信号ＳＨ１を送信するものとしたが、これに限定されるものではなく、例えば、ゼロクロス情報を受信してから所定時間後にホールド信号ＳＨ１を送信するものとしてもよい。サンプルホールド器２２２は、制御回路２２９からホールド信号ＳＨ１を受信した時点で、積分器２２１から受信している電荷Ｑを電荷Ｑ１としてサンプルホールドする。そして、サンプルホールド器２２２は、サンプルホールドした電荷Ｑ１をＡＤ変換器２２３に送信する。
　時間検出器２２６は、ゼロクロス検出器２２５から受信した上述の通常波形６００についての立下りのゼロクロスに係るゼロクロス情報と、通常波形６０１についての立下りのゼロクロス情報とに基づいて、電流Ｉの通常波形６００のピークから、通常波形６０１のピークまでのイベント間隔を検出する。そして、時間検出器２２６は、検出したイベント間隔の情報をカウンタ回路２２７へ送信する。
　ゼロクロス検出器２２５は、さらに、微分器２２４から受信した微分値の波形である微分波形６１１から立上りのゼロクロスを検知し、立上りのゼロクロスを検知した時点でゼロクロス情報を、時間検出器２２６および制御回路２２９に送信する。制御回路２２９は、ゼロクロス検出器２２５から立上りのゼロクロスに係るゼロクロス情報を受信することによって、電流Ｉの通常波形６０１にパイルアップが生じたことを検知し、積分器２２１にパイルアップ検出信号を送信する。積分器２２１は、制御回路２２９からパイルアップ検出信号を受信したタイミングで、差動変換器２２０から受信しているパイルアップ波形６０１ａで示す電流に対して積分処理を開始し、電荷波形６２１ａで示す電荷Ｑを算出し、算出した電荷Ｑをサンプルホールド器２２２に送信する。ここで、積分器２２１は、パイルアップ波形６０１ａで示す電流に対して積分処理開始の時点で、通常波形６０１で示す電流に対する積分処理を特定のキャパシタによって行われているので、このキャパシタとは異なるキャパシタによって積分処理を開始する。
　ゼロクロス検出器２２５は、さらに、微分器２２４から受信した微分値の波形である微分波形６１１から立下りのゼロクロスを検知し、立下りのゼロクロスを検知した時点でゼロクロス情報を、時間検出器２２６および制御回路２２９に送信する。制御回路２２９は、ゼロクロス検出器２２５から立下りのゼロクロスに係るゼロクロス情報を受信することによって、電流Ｉのパイルアップ波形６０１ａがピークに達したことを検知し、サンプルホールド器２２２にホールド信号ＳＨ２を送信する。なお、制御回路２２９は、立下りのゼロクロスに係るゼロクロス情報を受信した時に、ホールド信号ＳＨ２を送信するものとしたが、これに限定されるものではなく、例えば、ゼロクロス情報を受信してから所定時間後にホールド信号ＳＨ２を送信するものとしてもよい。サンプルホールド器２２２は、制御回路２２９からホールド信号ＳＨ２を受信した時点で、積分器２２１から受信しているパイルアップ波形６０１ａに係る電荷Ｑを電荷Ｑ２としてサンプルホールドする。そして、サンプルホールド器２２２は、サンプルホールドした電荷Ｑ２をＡＤ変換器２２３に送信する。
　ＡＤ変換器２２３は、サンプルホールド器２２２から受信している電荷Ｑ１を所定のクロック周波数のクロック信号ＡＤＣに従ってＡＤ変換し、電荷Ｑ２をその次のクロックＡＤＣに従ってＡＤ変換し、電荷Ｑ１、Ｑ２のデジタル信号をカウンタ回路２２７へ送信する。また、サンプルホールド器２２２は、サンプルホールドした電荷Ｑ１、Ｑ２がＡＤ変換器２２３によってＡＤ変換された時点、または、制御回路２２９から受信しているホールド信号ＳＨ１、ＳＨ２がＬｏｗ（オフ）となった時点で、サンプルホールドを解除する。また、積分器２２１は、蓄えた電荷Ｑを、サンプルホールド器２２２によりサンプルホールドされた時点、または、サンプルホールド器２２２にサンプルホールドされた電荷Ｑ１、Ｑ２がＡＤ変換器２２３によりＡＤ変換された時点で、放電する。なお、積分器２２１により通常波形６０１の電流が積分され、サンプルホールド器２２２によりサンプルホールドされた電荷Ｑ１と、積分器２２１によりパイルアップ波形６０１ａの電流が積分され、サンプルホールド器２２２によりサンプルホールドされた電荷Ｑ２とは、クロック周波数がずれた複数のＡＤ変換器２２３によりＡＤ変換されるものとしてもよい。すなわち、電荷Ｑ１をＡＤ変換し、クロック周波数がずれた次のＡＤ変換のタイミングまでホールド信号ＳＨ２をＨｉｇｈ（オン）にさせることで、電荷Ｑ１と電荷Ｑ２とを連続してＡＤ変換させるものとしてもよい。
　時間検出器２２６は、ゼロクロス検出器２２５から受信した通常波形６０１についての立下りのゼロクロスに係るゼロクロス情報と、パイルアップ波形６０１ａについての立下りのゼロクロス情報とに基づいて、電流Ｉの通常波形６０１のピークから、パイルアップ波形６０１ａのピークまでのイベント間隔を検出する。そして、時間検出器２２６は、検出したイベント間隔の情報をカウンタ回路２２７へ送信する。以上のような流れで、信号処理装置２２は、通常波形６０１、および通常波形６０１にパイルアップしたパイルアップ波形６０１ａに対する処理を実行する。
　なお、パイルアップ波形６０１ａに対してさらにパイルアップが生じた場合においても、上述の動作と同様である。
　図８は、電荷およびイベント数についてのヒストグラムの例を示す図である。図９は、イベント間隔およびイベント数についてのヒストグラムの例を示す図である。図８および９を参照しながら、カウンタ回路２２７によるイベントのカウント動作、およびヒストグラム形成回路２２８によるヒストグラムの作成動作について説明する。
　カウンタ回路２２７は、ＡＤ変換器２２３によりＡＤ変換された電荷（図７における電荷Ｑ１、Ｑ２）の情報と、時間検出器２２６により検出されたイベント間隔の情報と、を受信する。カウンタ回路２２７は、受信した電荷Ｑ１、Ｑ２およびイベント間隔のそれぞれ値に応じて、イベントの回数（イベント数）をカウントする。ここで、イベント数のカウントの方法としては、通常波形に対応するイベントについては、電荷Ｑ１の情報を受信した場合にカウントするものとすればよい。また、パイルアップ波形に対応するイベントについては、電荷Ｑ２の情報を受信した場合にカウント、または、制御回路２２９により積分器２２１にパイルアップ検出信号が送信される時に、その旨を示す制御信号を制御回路２２９から受信した場合にカウントするものとすればよい。
　また、パイルアップ波形６０１ａのピークの波高値は、通常波形６０１にパイルアップしたものなので、元の通常波形（図７に示す電流Ｉの点線の波形）のピークの波高値とは異なり、本来の放射線の強度を反映した値ではない。そこで、カウンタ回路２２７は、例えば図７におけるパイルアップ波形６０１ａのピークの波高値が、通常波形６０１と、パイルアップ波形６０１ａに係る元の通常波形（図７に示す電流Ｉの点線の波形）とのイベント間隔に依存することを利用して、以下のように、図７に示す電流Ｉの点線の波形そのものによる、通常波形６０１についての電荷Ｑ１に相当する電荷を推定する。すなわち、カウンタ回路２２７は、制御回路２２９からパイルアップを示す制御信号を受信すると、通常波形６０１に基づく電荷Ｑ１と、通常波形６０１とパイルアップ波形６０１ａとのイベント間隔とに基づいて、パイルアップ波形６０１ａがパイルアップしないとした場合のもとの通常波形についての、電荷Ｑ１に相当する電荷を推定する。そして、カウンタ回路２２７は、電荷およびイベント間隔のそれぞれの値に対応するイベント数の情報を、ヒストグラム形成回路２２８に送信する。
　ヒストグラム形成回路２２８は、カウンタ回路２２７から受信した電荷およびイベント間隔のそれぞれの値に対応するイベント数の情報に基づいて、電荷とイベント数とのヒストグラム、および、イベント間隔とイベント数とのヒストグラムを作成する。このようなヒストグラムを求めることによって、図１に示す被検体１２を構成する物質の特定、または、組織の構成等を認識することができる。電荷とイベント数とのヒストグラムの例を図８に示し、イベント間隔とイベント数とのヒストグラムの例を図９に示す。図９に示すようなはイベント間隔とイベント数とのヒストグラムは、各イベント間隔（横軸）に対するイベント数（縦軸）であり、そのイベント間隔で到達した放射線のイベント数を示し、イベントの数（標本数）が増えるにつれて、各イベント間隔についての確率分布を示すようになる。したがって、この確率分布は、上述の図４に示したポアソン分布に従う確率分布３００と近似する形状の分布となるはずである。したがって、ヒストグラム形成回路２２８は、図４に示すポアソン分布（確率分布３００）の特性値に基づいて、作成したイベント間隔とイベント数とのヒストグラムに対して補正することもできるポアソン分布（確率分布３００）の特性値としては、平均値、分散および最頻値等が挙げられる。このように、ポアソン分布の特性値に基づいて、ヒストグラム形成回路２２８により作成されたイベント間隔とイベント数とのヒストグラムを補正することにより、精度の高いヒストグラムを得られることが期待できる。
　以上のように、ＡＤ変換器２２３のクロック周波数のクロック信号によりＡＤ変換されて得られた通常波形の電荷の数をカウントし、さらに、パイルアップが検出されたことを検知してイベントが発生したことをカウントするものとしている。これによって、ＡＤ変換器２２３のクロック周波数よりも高い到達率で到達する放射線のイベントを精度よく検知することができる。また、これによって、誤差を低減させ精度を向上させたヒストグラムの作成が可能となる。
　また、通常波形の電荷の検出として、制御回路２２９は、ゼロクロス検出器２２５から立下りのゼロクロスに係るゼロクロス情報を受信した時、または、立下りのゼロクロスに係るゼロクロス情報を受信してから所定時間後に、サンプルホールド器２２２に積分器２２１から受信している電荷をサンプルホールドさせている。これによって、通常波形についての光電変換部３５に到達する放射線の強度を反映させた値として、パイルアップ波形の影響を抑制した通常波形についての電荷の値を得ることができるので、誤差を低減させ精度を向上させた電荷とイベント数とのヒストグラムを作成することができる。
　さらに、上述のように通常波形について算出された電荷に相当するものとして、パイルアップ波形の電荷を、通常波形について算出された電荷、および、通常波形に係るイベントと、パイルアップ波形に係るイベントとのイベント間隔に基いて推定するものとしている。これによって、パイルアップ波形に係る光電変換部３５に到達した放射線の強度を反映させた値として、通常波形について算出された電荷に相当する電荷を、精度よく得ることができる。よって、さらに、誤差を低減させ精度を向上させた電荷とイベント数とのヒストグラムを作成することができる。
　また、ヒストグラム形成回路２２８は、ポアソン分布の特性値に基づいて、作成したイベント間隔とイベント数とのヒストグラムに対して補正することもできる。これによって、誤差を低減させ精度を向上させたイベント間隔とイベント数とのヒストグラムを得られることが期待できる。
　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、および変更を行うことができる。これらの実施形態およびその変形は、発明の範囲および要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims (6)

  1. 　入射する放射線に基づいて電流に変換する光電変換手段からの該電流を積分して電荷を算出する積分手段と、
    　前記電流を微分して微分値を算出する微分手段と、
    　前記微分値のゼロクロスを検出するゼロクロス検出手段と、
    　前記ゼロクロスに基づいて前記電流についてのパイルアップを検出するパイルアップ検出手段と、
    　前記ゼロクロスおよび前記パイルアップに基づいて、前記放射線が前記光電変換手段に入射するイベント間の時間であるイベント間隔を検出するイベント間隔検出手段と、
    　前記電荷および前記パイルアップに基づいて、前記電荷に応じたイベント数、および前記イベント間隔に応じたイベント数をカウントするカウント手段と、
    　前記電荷についてのイベント数のヒストグラム、および前記イベント間隔についてのイベント数のヒストグラムを作成する作成手段と、
    　を備えた信号処理装置。
  2. 　前記電流についての前記パイルアップによるパイルアップ波形ではない通常波形について前記積分手段により前記電流の積分を開始してから、前記ゼロクロス検出手段により立下りの前記ゼロクロスを検出した時点から所定時間以内のいずれかの時点まで、の前記電流の積分値をホールドするホールド手段をさらに備え、
    　前記カウント手段は、前記ホールド手段によりホールドされた前記積分値である前記電荷、および前記パイルアップに基づいて、前記イベント数をカウントする請求項１に記載の信号処理装置。
  3. 　前記カウント手段は、前記電流についての前記パイルアップによるパイルアップ波形がパイルアップした通常波形について前記積分手段により算出された前記電荷と、該通常波形についての前記イベントと該パイルアップ波形についての前記イベントとの前記イベント間隔とに基づいて、前記電流についての前記パイルアップ波形の元である電流波形についての前記電荷を推定する請求項１に記載の信号処理装置。
  4. 　前記作成手段は、ポアソン分布の特性値に基づいて、前記イベント間隔についてのイベント数の前記ヒストグラムを補正する請求項１に記載の信号処理装置。
  5. 　前記放射線を該放射線の波長よりも長い波長を有するシンチレーション光に変換するシンチレータと、
    　前記シンチレーション光を前記電流に変換する前記光電変換手段と、
    　請求項１～４のいずれか一項に記載の信号処理装置と、
    　を備えた放射線検出装置。
  6. 　入射する放射線に基づいて電流に変換する光電変換手段からの該電流を積分して電荷を算出する積分ステップと、
    　前記電流を微分して微分値を算出する微分ステップと、
    　前記微分値のゼロクロスを検出するゼロクロス検出ステップと、
    　前記ゼロクロスに基づいて前記電流についてのパイルアップを検出するパイルアップ検出ステップと、
    　前記ゼロクロスおよび前記パイルアップに基づいて、前記放射線が前記光電変換手段に入射するイベント間の時間であるイベント間隔を検出するイベント間隔検出ステップと、
    　前記電荷および前記パイルアップに基づいて、前記電荷に応じたイベント数、および前記イベント間隔に応じたイベント数をカウントするカウントステップと、
    　前記電荷についてのイベント数のヒストグラム、および前記イベント間隔についてのイベント数のヒストグラムを作成する作成ステップと、
    　を有する信号処理方法。
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