JP5749711B2 - 放射線データ処理方法および放射線検出装置 - Google Patents
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Description
例えば放射線ソースから直接に、又は、例えば透過、散乱、後方散乱、吸収などを含む物体との相互作用の後に、半導体検出器装置の表面に放射線を作用させるステップと、
前記検出器でエネルギーパルスを検出するステップと、
読み取りパルス・エネルギーを測定するステップと、
信号をフィルタリングして、フィルタ処理信号が予め定められた閾値エネルギーを上回る時間を決定するステップと、
前記決定された時間が、少なくとも所定の最大値、及び好ましくは所定の最小値をも含む予め定められたパラメータの範囲内である場合、最初に読み取るパルス・エネルギーをパルス・エネルギー・データ・レジスタに格納するステップと、
前記決定された時間が所定の最大値を超えると、読み取りパルス・エネルギーをディスカード(破棄)するとともにディスカード・データ・レジスタのカウントをインクリメントするステップと、
第1のデータ・レジスタにおいて所望のサイズの読み取りパルス・エネルギーのエネルギー・スペクトル・データセットを取得するために上記ステップを繰り返すステップと、
そして、このような取得完了後、ディスカードされたカウントを数値的に補正し、前記エネルギー・スペクトル・データセット内に再加算することによって前記読み取りパルス・エネルギーのデータセットを補完するために、前記ディスカード・データ・レジスタを用いるステップと、
を含む。
半導体装置で入射する放射線からの読み取りパルス・エネルギーを測定すること、
パルスが予め定められた閾値エネルギーを上回る時間を決定すること、
前記決定された時間が、所定の最大値、及び好ましくは所定の最小値をも含む予め定められたパラメータの範囲内である場合、最初に読み取るパルス・エネルギーをパルス・エネルギー・データ・レジスタに格納すること、
前記決定された時間が所定の最大値を超えると、読み取りパルス・エネルギーをディスカードするとともにディスカード・データ・レジスタのカウントをインクリメントすること、
第1のデータ・レジスタにおいて所望のサイズの読み取りパルス・エネルギーのデータセットを取得するために上記ステップを繰り返すこと、
ディスカードされたカウントを数値的に補正し、前記エネルギー・スペクトル・データセット内に再加算することによって前記読み取りパルス・エネルギーのデータセットを補完するために、前記ディスカード・データ・レジスタを用いること、
を含む。
更なる態様の本発明によれば、放射線の検出のための装置は、方法の原則に動作可能に記載されている。
半導体放射線検出器と、
例えば前記検出器の反応をサンプリングすることによって前記検出器でエネルギーパルスを検出するための手段と、
前記エネルギーパルスのエネルギーを測定するパルス・エネルギー読取機と、
パルス・エネルギーが予め定められた閾値エネルギーを上回る時間を決定する時計手段と、
パルス・エネルギーが少なくとも所定の最大値、及び好ましくは所定の最小値をも含む予め定められた閾値エネルギーを上回る時間に対する予め定められたパラメータを格納しているパルス時間パラメータ・データ・レジスタと、
パルス・エネルギーが予め定められた閾値エネルギーを上回る時間が前記予め定められたパラメータの範囲内であるかどうか評価するための、かつ、前記時間が前記予め定められたパラメータの範囲内であると、最初に読み取るパルス・エネルギーをパルス・エネルギー・データ・レジスタが格納するための、かつ、前記決定された時間が予め定められた最大値を超えると、ディスカード・データ・レジスタが読み取りパルス・エネルギーをディスカードするとともにカウントをインクリメントするための、データ処理モジュールと、
前記ディスカード・データ・レジスタのアドレッシングによりディスカードされたカウントを数値的に補正し、前記エネルギー・スペクトル・データセット内に再加算することによって読み取りパルス・エネルギーのデータセットを補完するための、スペクトル補正モジュールと、
を含む。
図1に示される検出器システムは、X線又はガンマ線(hv)によって照射を受ける平面CdTe検出器(11)を含む。検出器からの信号は、その後、プリアンプ(13)によって読み出され、シェイピング・アンプ(15)及び、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA)によって、エネルギー・スペクトルに変換される。当然のことながら、各構成要素は、適切な検出器の固有の分解能が他の適切な構成要素によって個々に、又は、総合的に利用できるエネルギー・スペクトルに変換され得る適切な要素の一例にすぎない。
図2は、本発明を実行している適切なアルゴリズムを示す。実施例のアルゴリズムは、200MHzのサンプルレートで、シェイピング・アンプからの出力のサンプルをとる。一旦それが『実際の』パルスを検出すると、それはピークを検出するために最も高い値のサンプルをとって、保持し続ける。一旦パルスが規定の閾値以下に戻ると、その後、パルスがその閾値を超えて費やした時間を算出する。
1. システムが5ナノ秒間隔で、又は、200MHzのサンプリング・レートで受信データのサンプルをとる。
2. 受信パルスは、1ボルト以下のピーク振幅を有すると見られている。このアプリケーションでは、160keVの光子によって発生するパルスに対応するよう1ボルトが規定されるが、これは、あらゆる必要なエネルギー範囲にも直ちに再調整され得る。
3. AからDは、8ビットの分解能に制限され、このように、入力電圧を256ステップに分けた。各ステップ(1つのLSB)は、およそ0.625keVに相当する。
4. 読み取りピーク電圧値は、32の箱にソートされるので、各箱は8ステップ又は5keVの間隔を表す。
5. 既存のシステムのため、ノイズは、大部分が11ビット以下に見え、おおよそ7keVに対応する。下部の2つの箱は、従って、大部分はノイズである。
6. 従ってノイズ区別フロアが15ビットで又はおおよそ60mVでセットされる。
1. 16ビットを下回るサンプル値は、区別レベル以下にあると判断され、ディスカードされる。
2. 16ビット以上(>60mV)のアナログ値のサンプルが検出されたとき、状態機械(ステート・マシン)は1にセットされる。この位置は、位置aとして定義される。
3. 次のサンプルが以前のサンプルよりも少なくとも1ビット(4mV)大きい場合、状態機械は2にセットされる。そうでない場合には、それは、ゼロにリセットされる。
4. 次のサンプルが以前のサンプルよりも少なくとも1ビット大きい場合、状態機械は3にセットされる。そうでない場合には、それは、ゼロにリセットされる。
5. 状態機械が3にセットされるとき、パルス検出は正確な状態にセットされ、パルスは有効であるとみなされる。パルス・サンプル・レジスタは、ゼロにセットされる。
6. 次のサンプルにおいて、パルスのアナログ値がパルス値レジスタに書き込まれ、パルス・サンプル・レジスタは1インクリメントされる。
7. 次のサンプルにおいて、パルスのアナログ値は格納された値と比較され、新しい値がより大きい場合、格納された値は更新される。新しい値が格納された値以下である場合は何も実行されない。パルス・サンプル・レジスタは、もう一度インクリメントされる。
8. パルスが60mV未満に戻るまで、システムは5nsの間隔でアナログ値をサンプルし続ける。この位置は位置bとして定義され、パルス値レジスタにパルス波高hとして定義される値が保持される。
9. 閾値wを上回るパルスの時間は、b−aとして定義される。
10. システムは、パルス波高hに基づいて、参照テーブルから閾値(それぞれwmax及びwmin)を超える最大及び最小の許容時間を探索する。
11. w>wmin及びw<wmaxの場合、パルスは、その高さに基づいて32の箱のうちの1つに保存される。
12. w<wminの場合、パルスは、ディスカードされる。
13. w>wmaxの場合、パルスはディスカードされ、ディスカードされたパルスカウンタは1つインクリメントされる。
不完全なホール・チャージ収集を伴うパルスは、理想的なパルスのそれより広いベース幅を呈する。参照テーブルは、使用中のシェイピング・アンプからの出力を代表するモデル化されたCR−RCネットワークを利用して生成される。その後、60mVから1Vの範囲内のhの関数としてwを含んでいる32項目参照テーブルが生成される。
取得が完了された後、ディスカードされたカウンタの総カウントはスペクトル内へと戻し、再配布される。これは、最初のスペクトルのカウントの配布に、そして、各所与のエネルギーで検出器の質量減衰係数に、チャネル(すなわちエネルギー)ごとの再加算カウントの数を重み付けることによって行われる。
不十分なホール・チャージ収集の量に関係なくすべてのパルスがスペクトルに含まれる場合、取得されるスペクトルを示す。
このステージは、不十分なホール・チャージ収集の証拠があるイベントをディスカードする効果を示す。ここで、チャネル24のピークの分解能が改善されることが分かる。
ここでは、ディスカードされたカウントは適用されるエネルギー補正を有するスペクトル内に再加算される。
検出器が有限厚みにあるとき、それは高エネルギー光子に対して感受性が低い。従って、スペクトルは、より低い箱のそれらと関連してより高い箱のカウントを減らしている低エネルギー光子を支持して優先して歪曲される。検出器の減衰係数が公知であるように、これは補正され得、それによって、無限厚さの検出器から見えるのと同等のスペクトルを与え、したがって入射光量子束をより代表する。
Claims (11)
- 半導体装置からの検出放射線データの処理の方法であって、
半導体装置で入射する放射線からの読み取りパルス・エネルギーを測定するステップと、
信号をフィルタリングして、フィルタ処理信号が予め定められた閾値エネルギーを上回る時間を決定するステップと、
前記決定された時間が、少なくとも所定の最大値を含む予め定められたパラメータの範囲内である場合、最初に読み取るパルス・エネルギーをパルス・エネルギー・データ・レジスタに格納するステップと、
前記決定された時間が所定の最大値を超えると、読み取りパルス・エネルギーを廃棄するとともにディスカード・データ・レジスタのカウントをインクリメントするステップと、
第1のデータ・レジスタにおいて所望のサイズの読み取りパルス・エネルギーのエネルギー・スペクトル・データセットを取得するために上記ステップを繰り返すステップであって、前記パルス・エネルギー・データ・レジスタは複数のエネルギー選択箱を含み、取得されたエネルギー・データは複数のエネルギー及び/又は複数のエネルギー・バンドにわたって、エネルギー選択的に分解され、各パルスは、パルスの波高に従って、複数のエネルギー選択箱のうちの1つに選択的に格納され、
上記の取得が完了された後、
廃棄されたカウントを数値的に補正し、前記エネルギー・スペクトル・データセット内に再加算することによって前記読み取りパルス・エネルギーのデータセットを補完するために、前記ディスカード・データ・レジスタを用いるステップと、
を含む方法。 - 前記予め定められたパラメータは、所定の最小値を含み、パルスが閾値パルス波高を上回る時間が前記最小値未満の場合、パルスはエネルギー・スペクトル・データ・レジスタに保存されずに、ノイズとして完全に廃棄される、請求項1記載の方法。
- 更なるステップにおいて、前記エネルギー・スペクトル・データセットは、概念的な無限厚さの検出器から見えるのと同等のスペクトルが与えられるように数値的に補正される、請求項1または2に記載の方法。
- 前記半導体装置は、放射線検出器として作用することが可能な装置である、請求項1〜3いずれかに記載の方法。
- 前記半導体装置は、バルク単結晶として作られる材料を含む、請求項1〜4いずれかに記載の方法。
- 前記半導体装置は、テルル化カドミウム、テルル化カドミウム亜鉛(CZT)、テルル化カドミウムマンガン(CMT)、及びそれらの合金から選択される材料を含む、請求項1〜5いずれかに記載の方法。
- 前記半導体装置は、結晶構造のCd1−(a+b)MnaZnbTeを含み、ここでa+b<1であり、a及び/又はbはゼロであってもよい、請求項6に記載の方法。
- 前記放射線のソースは、複数の帯域幅又は単一のエネルギーが確認され得る、広域のスペクトル・ソースである、請求項1〜7いずれかに記載の方法。
- 放射線の検出の方法であって、
半導体検出器装置の表面に放射線を作用させるステップと、
請求項1〜8いずれかに記載の方法で検出放射線を処理するステップと、
を含む方法。 - 放射線の検出のための装置であって、
半導体放射線検出器と、
例えば前記検出器の反応をサンプリングすることによって前記検出器でエネルギーパルスを検出するための手段と、
前記エネルギーパルスのエネルギーを測定するパルス・エネルギー読取機と、
パルス・エネルギーが予め定められた閾値エネルギーを上回る時間を決定する時計手段と、
パルス・エネルギーが少なくとも所定の最大値を含む予め定められた閾値エネルギーを上回る時間に対する予め定められたパラメータを格納しているパルス時間パラメータ・データ・レジスタと、
複数のエネルギー選択箱を含むパルス・エネルギー・データ・レジスタと、
パルス・エネルギーが予め定められた閾値エネルギーを上回る時間が前記予め定められたパラメータの範囲内であるかどうか評価するための、および、
(a)取得されたエネルギー・データが複数のエネルギー及び/又は複数のエネルギー・バンドにわたって、エネルギー選択的に分解されるための、そして前記時間が前記予め定められたパラメータの範囲内であると、最初に読み取るパルス・エネルギーをパルス・エネルギー・データ・レジスタに、パルスの波高に応じて前記エネルギー選択箱の一つに選択的に格納するための、および
(b)前記決定された時間が予め定められた最大値を超えると、ディスカード・データ・レジスタが読み取りパルス・エネルギーを廃棄するとともにカウントをインクリメントするための、データ処理モジュールと、
前記ディスカード・データ・レジスタのアドレッシングにより廃棄されたカウントを数値的に補正し、前記エネルギー・スペクトル・データセット内に再加算することによって読み取りパルス・エネルギーのデータセットを補完するための、スペクトル補正モジュールと、
を含む装置。 - 前記パルス時間パラメータ・データ・レジスタは、所定の最小値を保存し、前記データ処理モジュールは、読み取りパルス・エネルギーをノイズとして完全に廃棄するため、前記パルス・エネルギーが所定の閾値エネルギーを上回る時間が前記最小値未満であるかどうか評価するように構成されている、請求項10に記載の装置。
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