JP7477825B2 - 放射線画像センサ - Google Patents
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Description
図1に示す放射線画像センサ100は、検査対象から到達する放射線に基づく二次元画像を得る。放射線とは、例えば、ガンマ線、X線、アルファ線、ベータ線などである。放射線画像センサ100は、放射線検出器1と、処理部2と、制御部3と、読出線4と、制御信号線6と、を有する。放射線画像センサ100は、複数の放射線検出器1を有する。放射線検出器1は、二次元状に配置されている。従って、ひとつの放射線検出器1は、二次元画像におけるひとつの画素に相当する。放射線検出器1は、入射した放射線に応じた画素値を出力する。放射線検出器1は、電荷生成器7(電荷生成部)と、読出回路8と、を有する。電荷生成器7及び読出回路8の形状は、板状である。放射線検出器1は、積層構造を有する。1個の電荷生成器7には、1個の読出回路8が設けられている。放射線検出器1は、読出回路8の上に電荷生成器7が配置されている。電荷生成器7は、読出回路8に対してバンプ電極を介して電気的に接続されている。電荷生成器7は、入射した放射線に応じた電荷に応じた信号を出力する。つまり、読出回路8は、電荷生成器7が生成した電荷を処理する。その結果、読出回路8は、画素値としてのエネルギ積分信号φ2(図2参照)を生成する。読出回路8は、読出線4を介してエネルギ積分信号φ2を処理部2に出力する。
図5は、比較例2に係る放射線検出器300の構成を示すブロック図である。放射線検出器300は、フォトンカウンティング方式を採用する。フォトンカウンティング方式の放射線検出器300は、電荷生成器301から出力される信号から雑音を取り除くことにより、バックグランドノイズがないイメージングを可能にする。
例えば、ピークP2に示すように大きさが「4」であったとき、当該ピークP2は、「4」というエネルギを持った1個の粒子が入射したのか、または、「1」というエネルギを持った4個の粒子がほぼ同時に入射したのか、を区別できない。入射した粒子の数を数える観点からすれば、ピークP2は1個の粒子の入射であると判断される。しかし、実際の現象としては、「1」というエネルギを持った4個の粒子がほぼ同時に入射した場合であったとすれば、3個の粒子の数え落としが生じる。
第1実施形態の放射線検出器1は、メモリ11にヒストグラムとして表現したデータを保存していた。このようなデータ形式では、広大なメモリ空間が必要である。従って、物理的なメモリ11の寸法も大きくなる傾向にある。さらに、第1実施形態の放射線検出器1におけるエネルギ積分器13が行う積分動作も比較的複雑である。従って、物理的なエネルギ積分器13の寸法も大きくなる傾向にある。そこで、第2実施形態の放射線検出器1Aは、小型化を実現する。
次に、放射線検出器1Aの動作について説明する。電荷生成器7に放射線が入射すると、電荷生成器7は、電荷φ1を前置増幅器9に出力する。電荷φ1を受けた前置増幅器9は電荷φ1に応じたアナログ信号を信号変換器10に出力する。アナログ信号を受けた信号変換器10は、アナログ信号をデジタル信号に変換したのちに、デジタル信号をエネルギ弁別器12に出力する。そして、デジタル信号を受けたエネルギ弁別器12は、弁別動作を行うことにより、積分対象成分φ3をエネルギ積分器15に出力する。次に、エネルギ積分器15は、加算器15aの第1入力に積分対象成分φ3を入力する。さらに、エネルギ積分器15は、加算器15aの第2入力にメモリ15bに保存されている中間積分値φ4を入力する。そして、加算器15aは、中間積分値φ4に積分対象成分φ3を加算する(φ3+φ4)。加算によって得た値を、新たな中間積分値φ4として、メモリ15bに保存する。そして、メモリ15bは、所定期間が経過するたびに、制御部3から制御信号θを受ける。メモリ15bは、制御信号θに応じて中間積分値φ4をエネルギ積分信号φ2として処理部2に出力する。
第3実施形態の放射線検出器1Bは、第2実施形態の放射線検出器1Aからさらなる小型化を実現する。
第1の例として、いわゆるパイルアップが生じていない場合の動作について説明する。図9(a)に示すように、第1の入射E1と第2の入射E2が生じたとする。それぞれの入射のエネルギは、「5」であったとする。第2の入射E2は、第1の入射E1から十分に時間が経過した後に発生した。例えば、第1の実施形態における信号変換器10は、図9(b)に示すようなデジタル信号を出力する。デジタル信号は、第1の入射E1に対応する成分D1と、第2の入射に対応する成分D2と、を含む。さらに、デジタル信号は、雑音に対応する成分N1、N2、N3を含むこともある。成分D1、D2に示されるように、第2の入射E2は、第1の入射E1から十分に時間が経過しているので、第2の入射E2に対応する成分D2は、第1の入射E1に対応する成分D1と区別できる。つまり、図9(b)に示されるデジタル信号によれば、放射線の入射が2回生じていることがわかる。従って、パイルアップが生じていない。
第2の例として、いわゆるパイルアップが生じる場合の動作について説明する。図10(a)に示すように、第1の入射E1と第2の入射E2が生じたとする。それぞれの入射のエネルギは、「5」であったとする。第2の入射E2は、第1の入射E1から十分に時間が経過していないタイミングで発生した。例えば、第1の実施形態における信号変換器10Bは、図10(b)に示すようなデジタル信号を出力する。デジタル信号は、第1の入射E1に対応する成分D1と、第2の入射に対応する成分D2と、を含む。しかし、第2の入射E2に対応する成分D2は、第1の入射E1に対応する成分D2と一体となり、成分DAを構成する。つまり、図10(b)に示されるデジタル信号によれば、放射線の入射が1回であったと判断されてしまう。従って、実際に放射線が入射した回数(2回)が正しくカウントされない。つまり、パイルアップが生じている。しかし、第3実施形態の放射線検出器1Bは、このような場合であっても、エネルギ積分値として「10」を得ることができる。
Claims (4)
- 二次元配列された電荷生成部であって、入射した放射線のエネルギに対応する電荷を生成する複数の前記電荷生成部と、
複数の前記電荷生成部ごとに設けられ、前記放射線が入射するたびに前記電荷に対応するアナログ信号を出力する複数の前置増幅部と、
複数の前記電荷生成部ごとに設けられ、前記アナログ信号を受けるたびに、前記アナログ信号を前記電荷の量に応じたデジタル信号に変換する複数の信号変換部と、
複数の前記電荷生成部ごとに設けられ、前記デジタル信号を閾値と比較することにより、前記デジタル信号のうち前記閾値を超えた成分を出力する複数のエネルギ弁別部と、
複数の前記電荷生成部ごとに設けられ、前記閾値を超えた成分の一定期間ごとの総和として規定されるエネルギ積分値を得る複数のエネルギ積分部と、を備える複数の放射線検出器が二次元配列された放射線画像センサ。 - 入射した放射線のエネルギに対応する電荷を生成する電荷生成部と、
前記電荷に対応するアナログ信号を出力する前置増幅部と、
前記アナログ信号を受けて、前記アナログ信号をデジタル信号に変換する信号変換部と、
前記デジタル信号を閾値と比較することにより、前記デジタル信号のうち前記閾値を超えた成分を出力するエネルギ弁別部と、
前記閾値を超えた成分の一定期間ごとの総和として規定されるエネルギ積分値を得るエネルギ積分部と、を備える放射線検出器が二次元配列されており、
前記前置増幅部は、前記放射線が入射するたびに前記アナログ信号を出力し、
前記信号変換部は、前記アナログ信号を受けるたびに、前記アナログ信号の大きさをN個のパルス波(Nは1以上の整数)によって示す前記デジタル信号を出力し、
前記エネルギ積分部は、前記デジタル信号を受けるたびに、前記デジタル信号を構成する前記パルス波の数を加算する、放射線画像センサ。 - 前記エネルギ弁別部は、前記N個のパルス波のうち、第i+1のパルス波(iは1以上の整数)から第Nのパルス波を、前記閾値を超えた成分として出力する、請求項2に記載の放射線画像センサ。
- 前記エネルギ積分部に対して並列に接続されるとともに、前記エネルギ積分部に前記デジタル信号が入力された入力回数を数えるカウンタと、
前記カウンタ及び前記エネルギ積分部に接続され、前記入力回数と、前記第1のパルス波から前記第iのパルス波によって示される閾値と、を利用して、前記エネルギ積分部が出力する前記エネルギ積分値を補正するエネルギ補正部と、をさらに備える、請求項3に記載の放射線画像センサ。
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都木 克之、他4名,「エネルギー重み付けを用いたデジタル信号処理によるエネルギー積算型読み出し回路の実装」,第80回応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集,公益社団法人 応用物理学会,2019年,20p-PB4-77 |
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