JPH02304898A - Ｘ線測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、少なくとも２つの検出器と、Ｘ線発生源と検
出器の間に配置され異なる透過係数を有する少なくとも
２つのＸ線吸収フィルタと、検出器により発生さるべき
測定信号を増幅する増幅回路と、測定信号からのＸ線の
強度及びエネルギーを決定する演算装置とより成り、夫
々の検出器は光ダイオードが光結合するシンチレーショ
ンクリスタルより成り、夫々の増幅回路は演算増幅器を
含む積分回路より成り、その出力信号は容態帰還を介し
て演算増幅器の反転入力端に帰還されるＸ線発生源によ
り放出さるべきＸ線検出用のＸ線測定装置に係る。

この種のＸ線測定装置は米国特許明細書第・１，４４２
、４９６号より知られる。

上記特許明細書は、放射源と（にＸ線管の放射特性が測
定可能であるようなＸ線測定装置を示している。Ｘ線は
Ｘ線管において陽極を電子ビームに晒すことにより発生
される。Ｘ線の最大エネルギーは最大電圧により決定さ
れ、それにより電子はＸ線管中で加速され、Ｘ線の加速
電圧はＸ線の放射スペクトルから決定されうる。Ｘ線源
が物体の照射に用いられる時、物体が受ける放射線量は
被曝の期間だけでなく放射エネルギーによっても決定さ
れる。放射エネルギーはしばしばパルス整形される加速
電圧のピーク値に依存する。患者が放射線写真またはＸ
線透視画像の形成のために照射される時、人体への高放
射線量の有害な影響とＸ線のエネルギーによる画像コン
トラストの影響を勘案して、質か高く安全な画像形成を
達成するために、調節加速電圧とＸ線管中に実際にある
電圧の間での正確な対応関係が必要となる。この目的の
ため、以下ｋＶｐと称する調節加速電圧のピーク値の較
正は一定の間隔て必要である。加速電圧はＸ線管では数
十ｋＶに相当するので、加速電圧の直接測定は厄介であ
る。Ｘ線のエネルギーとｋＶｐ値の間の関係を用いると
、ｋＶｐ値はＸ線のスペクトルの測定により間接的に得
られる。フィルタが照射されると、放射ビームはとりわ
け光電効果及びコンプトン散乱により減衰され、Ｘ線と
物質のこれら相互作用はＸ線のエネルギーに依存する。

強度■。を有するＸ線のビームが照射の方向に厚さｄを
有する物体に投射すると、Ｉ＝１゜ｅｘｐ　（−μ（Ｅ
）　　・ｄ）で与えられる強度Ｉを有するビームが物体
から放射する。ここで、μ（Ｅ）はエネルギー依存の線
型減衰係数である。

材質の多様性のために、エネルギーの関数としてのμ（
Ｅ）の変化は測定に基づいて正確に知られる。強度■。

を有する放射ビームが異なる厚さを有する２つのフィル
タに投射すると、フィルタを越えて検出された放射線強
度の商の対数はμ（Ｅ）・　（ｄ２−ｄｌ　）について
の値を生じさせる。

導かれた線型減衰係数につき、Ｘ線ビームの関連するエ
ネルギー値は表またはグラフにみることができる。

放射エネルギーの測定に加えて、Ｘ線源のパルス発生作
用の場合には、パルス整形はまた検出信号から決定され
うる。この作用はとりわけ、加速電圧発生器の作用に関
する情報を提供する。決定さるへき他の重要な量は発生
源により送られる給線πである。この線量はレントゲン
で測定され、ルントゲンは、標準圧力と温度下での空気
１　ｃｉにつき２．０８　１０”イオン対を発生する放
射正に対応する。これは０．８５　１０−”Ｊｋｇ−’
のエネルギー堆積に相当する。最大値が検出器により生
じた信号につき検出されつる際には、Ｘ線源のｋＶｐ値
の測定にとっては、それで充分であり、ｋＶｐの測定は
シンチレーションクリスタルに光結合された光ダイオー
ドにより形成される検出器により実行される。光ダイオ
ードや低電流による光の電気信号への低変換は、１００
ｐＡの大きさのオーダにある時は、これらの測定を妨げ
ることはない。しかし、線量の測定のためには、とりわ
けＸ線源がフルオロスコープモードで使用される際には
、低線量の測定をも可能にするためにより強力な信号増
幅か、もしくはより感度のよい検出器が必要となる。１
９８５年オハイオ州クリーブランドのピクトリーン・イ
ンコーホレーテッドにより出版された［ネロ６０００Ｂ
Ｊに関するリーフレットに示されたような、既知のＸ線
測定装置は、線量測定用検出器として空気充填電離箱を
使用し、その測定電流は定義によりＲｓ−’で測定され
る線量の単位である。電離された空気の量、ひいては検
出器の感度は電離箱の容量に依存するので、これらの検
出器は比較的大きな寸法（数十ｃｍ）を有する。線量と
ｋＶｐが物体のＸ線透視中に測定されそれら測定値がＸ
線源の再調整のために制御回路で用いられるような自動
制御モードでのかかるＸ線測定装置の使用の可能性は、
Ｘ線検出器の比較的大きな寸法のため、Ｘ線画像の相当
歪みを伴わずには実現困難である。

本発明の目的は、比較的低い線量率（１０μＲｓ”−’
−１０ｍＲ５’）を測定するのに適切なＸ線放射線量と
ｋＶｐ値の測定用の小型で丈夫なＸ線測定装置を提供す
ることにある。

この目的達成のため、本発明によるＸ線測定装置は、測
定信号か第１スイッチを閉じることにより積分回路の入
力に印加されうることを特徴とする。

全検出器が、光ダイオードか光結合するシンチレーショ
ンクリスタルとして構成されると、とりわけ薄（て脆い
人口窓を有する電離箱が用いられないため、丈夫な小型
検出器が得られる。さらに、本発明によるＸ線測定装置
については、空気の湿度や周囲の温度がＸ線検出器の測
定の正確性に与える影響は、電離箱を用いた場合よりも
小さい。

測定信号は先行増幅なしに積分器に直接印加される。容
量帰還の使用により、たとえば高利得を得るための比較
的大きいフィードバック抵抗を通った出力信号のフィー
ドバックによる増幅中に生じる安定性の問題は、回避さ
れる。光ダイオードの測定信号は第１スイッチの閉鎖の
期間により決定される収束期間（たとえば１０ｍ５）中
にフィードバックコンデンサを越えて収束され、積分器
の出力電圧は平均の検出器電流に比例する。第１スイッ
チの開放後、容量帰還で蓄積された電荷は記憶（標本及
び保持）コンデンサに印加され、容量帰還は容量帰還に
並列接続されたスイッチの開成により放電される。この
リセット期間（たとえばｌＯμＳ）及び標本化期間（た
とえばｌＯμＳ）中、光ダイオードはその固有キャパシ
タンスに亘って充電される。引続き、第１スイッチが閉
しられると、光ダイオードはその電荷を容量結合に転送
する。

光ダイオードに光結合したシンチレーションクリスタル
の形式の検出器より成りまた容量帰還を有する積分回路
より成るＸ線測定装置はそれ自体、***特許出願公開Ｄ
Ｂ　２６３０９６１号より知られる。

上記公開特許は測定信号がどのように積分回路によって
フィードバックコンデンサに亘って集積されるかを説明
している。積分回路の出力信号は平均入力電流に比例す
る。この回路の欠点は、容量結合の放電中に、放電期間
中の光ダイオードで生じた電荷においてロスが生じる。

かくて、光ダイオード中で生じた全電荷の正確な測定は
阻害される。

増幅回路がＣＭ　ＯＳ集積回路として構成されると、第
１・第２・第３スイッチによる電荷ロスは最小限に抑え
られ、極めて温度安定的な容量帰還が得られる。

本発明によるＸ線ｆｆ１１１定装置の一実施例は、Ｘ線
測定装置が光ダイオードを照らす光源より成ることを特
徴とする。

シンチレーション材は時間安定的な出力効率を有するた
め、検出器の較正については、光ダイオードを関連する
増幅回路で較正することで充分である。光ダイオードに
正確に知られる量の光を当てる光源の使用の際には、較
正は別個の放射性較正源を使用することなく比較的容易
に実行しつる。

較正源の記憶及び移送にまつわる問題はこうして避けら
れ、そのうえ、Ｘ線測定装置の使用に先立って日常的な
チェックを行うことが可能になる。

本発明によるＸ線測定装置の他の実施例は、演算装置は
、Ｘ線発生源のパルス発生作用の場合、少なくとも１つ
の測定信号のフーリエ分析によりパルス周波数とパルス
幅を決定する手段より成ることを特徴とする。

加速電圧のパルス幅及びパルス周波数の測定のために、
たとえば照射が高速連続（映画操作）の実行中、演算装
置は測定信号の一つのフーリエ変換により加速電圧の出
力密度スペクトルを決定するためのフーリエアルゴリズ
ムを内蔵する。検出器信号の周期Ｔ及び平均値Ｖａｖは
出力密度スペクトルから決定されうる。パルス幅Ｗは以
下の関係から与えられる： ＶｍａｘｅＷ＝Ｖａｖ・Ｔ ここで、Ｖｍａｘは測定信号の最高値である。

以下図面を参照しながら本発明の実施例を詳細に示す。

第１図は高電圧発生器５により電力供給されるＸ線発生
源２を示す。Ｘ線発生源２では線条陰極（図示せず）が
電子を放出し、これらは加速電圧により加速されて陽極
に投射し、かくてＸ線を発する。Ｘ線の一部はフィルタ
ーｌに投射するビーム３を形成し、検出器７及び９はこ
のフィルターの後方に配置される。検出器７及び９は例
えばＸ線のエネルギーを光に変換するＣＤＷＯ４のよう
なジンチレーンヨンクリスタルより成る。シンチレーシ
ョンクリスタルにより放射される光は光ダイオードで電
荷担体を放出してダイオード流を発生し、これは増幅回
路１１及び１３で増幅される。

増幅信号はＡＤ変換器１５に印加され、該変換器はデジ
タル化された測定信号を演算装置１７に送る。演算装置
１７ではＸ線のエネルギーは２つの検出器の測定信号の
比から決定される。演算装置１７はＸ線発生源のｋＶＩ
）値と該発生源から発する線量の値を産出する。これら
の値に基ついて加速電圧発生器５のｋＶｐ調整は補正さ
れつるか、もしくは加速電圧発生器は最大線量を越えた
後にスイッチオフされうる。

第２ａ図のグラフは演算装置１７に記憶され検出器７及
び９の測定信号とｋＶｐでの関連加速電圧の比の値ｒを
含むテーブルを示す。第２ｂ図はμＲｓ−’／ｍＶにお
けるｋ　Ｖ　ｐの関数としての検出器７及び９の変換係
数ｆ（感度の逆数）を示す。

検出器信号は線量率につき値を得るために変換係数によ
り乗算される。測定信号のいかなる割合ｒについても、
変換係数ｆはグラフ２ａ及びグラフ２ｂの組合せにより
知られる。

第３図は小さな電流の測定のための既知の電流／電圧変
換器を示す。そのために、演算増幅器２５の出力信号は
フィードバック抵抗Ｒｆを介して反転入力端に印加され
る。最初の概算では増幅器２５の出力電圧は入力電流と
フィードバック抵抗Ｒｆの積に等しい。光ダイオード２
６は、入射光強度に比例したとえば１ｏｏｐＡになるよ
うな電流を発生する。増幅器２５の出力でＩＶの測定電
圧を得るためには、ＩＯＧΩのフィードバック抵抗が必
要になる。そのような高い抵抗は、温度安定性と寸法に
係わる問題により実現は困難である。

熱雑音の観点からは、フィードバック抵抗Ｒｆはできる
だけ高いことが望ましい。熱雑音の標準偏差はＲｆ’・
５に比例するので、（Ｒｆに比例する）出力信号■。に
おける相対的雑音はＲｔ　−０，５のように減少する。

光ダイオード２６はＩＯＭΩの大きさのオーダでの並列
抵抗Ｒｄ及び５００ｐＦの大きさのオーダでの並列抵抗
Ｃｄを伴って電流源として機能する。たとえば、オクタ
ーブにつき一６ｄＢの演算増幅器２５の周波数応答と組
み合わされた１００ＭΩのＲｆ値については、これは相
当に不安定な回路に帰結する。安定性を高める一つの方
法は、Ｒｆ−Ｃｆ＝Ｒｄ−Ｃｄとなるようにフィードバ
ックコンデンサＣｆをＲｆと並列に接続することである
。フィードバック抵抗Ｒｆの代わりに単に容量帰還Ｃｆ
を用いることにより、回路安定性に関する問題は回避さ
れる。

第４図はＣＭ　ＯＳ集積回路として構成され演算増幅器
３１より成る増幅回路の系統図を示す。該増幅器の出力
は並列に配置される４つのコンデンサ３３により反転入
力端に送り返される。コンデンサ３３は論理回路３７に
接続される。コンデンサ４９は増幅器３１の出力４３に
接続される。外部コンデンサ５０はスイッチ５１を閉じ
ることにより出力４３にコンデンサ４９と並列に接続さ
れる。スイッチ５８は論理回路６０により閉じられ、コ
ンデンサ５０゛が記憶コンデンサ４７に並列接続される
。出力４３はスイッチ４５を閉じることによりバッファ
回路４８に接続される。記憶コンデンサ４７はバッファ
回路の人力に連結される。出力信号は端子５７での電圧
を通じてスイッチ５４を閉じることによりバッファ回路
４８から得られる。スイッチ３４は論理回路３７の端子
３５での人力信号によって閉じられる。増幅器３１の入
力信号の増幅は並列接続されるコンデンサ３３の数の加
減により調節される。検出器（図示せず）の測定信号は
端子３９に印加される。スイッチ４１は端子３８での制
御電圧により閉じられ、入力信号はそこで１個または２
個以上のコンデンサ３３で収束される。収束期間Ｔの間
スイッチを閉じることにより、増幅器３１の出力４３で
の出力信号は、以下の式に従い、平均の信号電流１ａｖ
に比例する電圧Ｖ。となる： ＶＯ＝　Ｉ　ａ　ｖ　・Ｔ／　Ｃｆ ここで、Ｃｆはコンデンサ３３の組合せの客員値である
。収束時間Ｔを延長することにより、もしくは１個また
は２個以上のスイッチ３４を開成して容舒値Ｃｆを減少
させることにより、利得を増大させることができる。収
束時間の終了とともに、スイッチ４１は開成され、出力
４３に存在する信号は標本化され、端子５６に存在する
信号の制御下でスイッチ４５の閉成により記憶コンデン
サ４７に保持される。引続き、コンデンサ３３はスイッ
チ３Ｇを閉成することにより放電され、コンデンサ４７
及び５０はスイッチ５２を閉成することにより放電され
る。スイッチ３６．４１．４５は信号■。での雑音をも
たらす。雑音の標阜偏差へ〇はおよそ以下の式で与えら
れる。

Δｎ＝　（３ｋ　ｔ／Ｃｆ）　” （コンデンサＣｄ’４７及び・１９はコンデンサ（群）
３３より相当大きく、増幅ｉ３Ｊの雑音は無視できる程
度に小さい） ここで、ｔは温度であり、ｋはボルツマン定数である。

標準偏差は開閉に際して変化するスイッチの抵抗からは
独立であり、したがって収束時間からも独立である。信
号雑音比Ｎにつき、以下があてはまる： Ｎ＝ＴＩａｖ／　（３ｋｔＣｆ）” 増幅器３１の電圧雑音が無視できる程小さくない場合に
は、信号雑音比はスイッチ５１を介したコンデンサ５０
の追加により増幅器３１の帯域幅を制限することにより
改善されつる。

増幅回路が個別部品を用いて構成されるとき、比較的高
い温度感度と寄生キャパシタンスによる雑音に対する磁
化率を有する大きな回路が得られる。増幅回路がＣＭＯ
Ｓトランジスタを有する集積回路として構成される場合
、非常に小さいバイアス電流とオフセット電圧を有しフ
ィードバックキャパシタンスの温度安定性が非常に高い
増幅器が得られる。第５図は温度ｔとＣＭＯ３増幅回路
から発した検出器信号間の測定された関係を示す。

温度変化はシンチレーションクリスタルと光ダイオード
により起こる。温度変化での増幅器３■の効果は、無視
できる程小さい。温度の関数としての利得の実質的に線
型の変化の故に、温度補償は、演算装置１７での測定信
号の処理中に容易に実行される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるＸ線測定装置を示す図、第２ａ図
及び第２ｂ図は演算装置におけるテーブルに含まれる値
のグラフを示す図、 第３図はフィードバック抵抗より成る集積回路を示す図
、 第・１図は容量帰還より成る増幅回路を示す図、第５図
はＸ線測定装置の測定された温度依存性を表すグラフを
示す図である。 ２　Ｘ線源、５　高電圧発生器、７，９　検出器、１１
．１３　　増幅回路、ｌ　５−Ａ　Ｄ変換器、１７゛・
演算装置、２５．３１　　演算増幅器、２６　光ダイオ
ード、３３，４７，４９．５０　　コンデンサ、３７．
６０−論理回路、４８°バッファ回路、３４．３６．４
］、、４５，５１，５２．５４．５８　スイッチ。 特許出願人　　エヌ・ベー・フィリップスフルーイラン
ペンファブリケン 鎖　　　　　　　＋Ｐ　　　　　　　門　　　　　　　
Ｎ、＋ｌ　　　　　Ｉ＋ｌ　　　　　＋＋＋Ｉ　　　　
　Ｍ〉 ε

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも２つの検出器と、Ｘ線発生源と検出器の
   間に配置され異なる透過係数を有する少なくとも２つの
   Ｘ線吸収フィルタと、検出器により発生さるべき測定信
   号を増幅する増幅回路と、測定信号からのＸ線の強度及
   びエネルギーを決定する演算装置とより成り、夫々の検
   出器は光ダイオードが光結合するシンチレーションクリ
   スタルより成り、夫々の増幅回路は演算増幅器を含む積
   分回路より成り、その出力信号は容量帰還を介して演算
   増幅器の反転入力端に帰還されるＸ線測定装置であって
   、 測定信号が第１スイッチを閉じることにより積分回路の
   入力に印加されうることを特徴とするＸ線発生源により
   放出さるべきＸ線検出用のＸ線測定装置。 ２、容量帰還は第２スイッチを閉じることによりブリッ
   ジされうることを特徴とする請求項１記載のＸ線測定装
   置。 ３、出力信号は第３スイッチを閉じることにより記憶コ
   ンデンサに印加されることを特徴とする請求項１または
   ２記載のＸ線測定装置。 ４、容量帰還は並列に接続される２つまたはそれ以上の
   コンデンサより成ることを特徴とする請求項１乃至３記
   載のＸ線測定装置。 ５、増幅回路はＣＭＯＳトランジスタを含む集積回路よ
   り成ることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか
   一項記載のＸ線測定装置。 ６、Ｘ線測定装置は光ダイオードを照らす光源より成る
   ことを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一項記
   載のＸ線測定装置。 ７、光源は光放出ダイオードにより形成されることを特
   徴とする請求項６記載のＸ線測定装置。 ８、演算装置は、Ｘ線発生源のパルス発生作用の間、少
   なくとも１つの測定信号のフーリエ分析によりパルス周
   波数とパルス幅を決定する手段より成ることを特徴とす
   る請求項１乃至７のうちいずれか一項記載のＸ線測定装
   置。 ９、請求項１乃至８のうちいずれか一項記載のＸ線測定
   装置に用いられるのに適切な増幅回路。