JP4160275B2 - エネルギー測定方法及び測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力された信号パルスのパルス波形に対し、その信号強度を積分して信号パルスのエネルギーを測定するエネルギー測定方法及び測定装置に関するものである。本発明は放射線のエネルギー計測や線量計測のみならず、放射線の検出位置情報や放射線画像の計測などにも広く応用され、とくに核医学診断に用いられるガンマカメラ、ＳＰＥＣＴ(Single photon emission computed tomography)装置、ＰＥＴ(Positron emission tomography)装置などにも応用される。
【０００２】
【従来の技術】
γ線や荷電粒子などの放射線（エネルギー線）について測定を行う場合、放射線の検出には、例えばシンチレータを用いたシンチレーション検出器などの放射線検出器が用いられる。そして、放射線検出器から出力された検出信号に対して、所定の信号処理あるいはさらに演算処理等を行うことにより必要な情報が得られる。
【０００３】
例えば、シンチレーション検出器では、シンチレータ中で発生するパルス状のシンチレーション光によって、シンチレータに入射した放射線を検出する。このシンチレーション光による光信号パルスは、光電子増倍管などの光検出器で電気信号パルスに変換される。すなわち、シンチレーション光が光電子増倍管の光電面に入射するとその光電面から光強度に比例して複数の光電子を発生し、この光電子は第一ダイノードに集められたのち、順次後続のダイノードによって増倍され、パルス信号（電流信号）となって出力される。
【０００４】
一般に、放射線検出器に使用されるシンチレータのシンチレーション光は例えば指数関数的に信号強度が減衰するようなパルス波形を有する。そして、第一ダイノードに集められる光電子の総数がシンチレータに吸収された放射線のエネルギーに対応する。そこで放射線のエネルギーを計測するには、光電子増倍管からの出力信号を適当な時間間隔にわたって積分する必要がある。一般に１つの信号パルスによって、第一ダイノードに集められる光電子の総数は十分大きくないので、上記の積分時間はシンチレーション光の大部分を積分するように設定するのが好ましい。この積分時間が短い場合には集められる光電子数が減少するため、その統計的な変動によって、エネルギー分解能が低下する。
【０００５】
放射線検出器による放射線の単位時間当たりの検出数（計数率）が高い状態で測定が行われると、信号パルス間のパルス間隔が、個々の信号パルスのパルス幅と同程度またはそれよりも短い時間間隔となる確率が増大し、２以上の信号パルスが互いに時間的に重なり合う、いわゆる「パイルアップ」が発生する。このとき、エネルギーを測定しようとする信号パルスに対して信号強度（電流信号）の積分を行うと、その信号パルスにパイルアップしている他の信号パルスの信号強度が同時に積分されてしまい、測定対象となっている信号パルスのエネルギーを正しく測定することができないという問題を生じる。
【０００６】
パルス波形が１つの指数関数で表される場合、パイルアップによる誤差を少なくするために従来からよく用いられる比較的簡単な方法は、デレイライン・クリッピング法によってパルスの時間幅を短縮し、積分時間をそのパルス時間幅にほぼ等しく設定する方法である。この場合、パルスの時間幅を短くするほど積分時間も短くすることができ、高い計数率においてパイルアップを生ずる確率が減少し、計数率特性を向上することができるが、その代わり、各信号パルスごとに光電子増倍管の第一ダイノードに集められる光電子数が減少し、パイルアップが発生しないような低い計数率においてもエネルギー分解能が低下する欠点があった。
【０００７】
これを改良する従来技術の１つとして、Tanakaらの方法（文献１：Nucl. Instr. Meth. Vol. 158, pp. 459-466, 1979）では、上記のようにデレイライン・クリッピング法によってパルスの時間幅を短縮するが、積分時間を後続パルスの発生によって制御し、後続パルスが発生しない範囲において十分長くすることによって、低い計数率におけるエネルギー分解能の低下を避けている。
【０００８】
また、Kolodziejczykの方法（文献２：米国特許第５４３０４０６号公報）では、パルス信号（電流信号）とそれを時間的に積分した積分信号とを適当な荷重で加算することによって、時間的に一定で、かつ振幅がエネルギーに比例するような加算信号を発生させ、この加算信号の振幅をサンプリングして測定する方法が用いられている。測定対象の信号パルスの加算信号を後続の信号パルスが到来する直前にサンプリングし、その値を計測することによって、後続の信号パルスのパイルアップの影響を除去することができるが、前の信号パルスのパイルアップの影響を除去することはできない。
【０００９】
さらに、他の方法として、Wongの方法（文献３：国際特許ＷＯ９８／５０８０２号公報）がある。この方法は、上記したKolodziejczykの方法と同様に電流信号と積分信号の加算信号を測定する方法を用いているが、さらに測定対象の信号パルスより以前に到来したすべての信号パルスの影響も補正するように改良したものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
シンチレーション検出器などの放射線検出器を利用して放射線を計測する場合、計数率が高くなって信号パルスのパイルアップが起こると、エネルギーの測定値に誤差を生じたり、エネルギー分解能が低下する。シンチレーション検出器を利用したガンマカメラ、ＳＰＥＣＴ装置、ＰＥＴ装置などの放射線画像計測装置において信号パルスのパイルアップが起こると、放射線エネルギーのみならず、放射線の検出位置を示す位置信号も正しく計測されないので、得られる放射線画像の解像力が低下したり画像に歪みを生じたりする。これらの高計数率における問題は従来のパイルアップ補正法によってある程度防ぐことができるが、不十分であった。
【００１１】
すなわち、前記したようにデレイライン・クリッピング法によってパルス幅を短縮する方法では、パイルアップが発生しないような低い計数率においてもエネルギー分解能や画像解像力が低下する欠点があった。Tanakaらの方法でも、高い計数率まで測定できるようにパルス幅を極端に短かくすると高い計数率での分解能が低下する。電流信号と積分信号とを適当な荷重で加算した信号を用いるKolodziejczykの方法およびWongの方法では、信号パルスの電流信号が時間の経過とともに統計的に激しく変動するために、計数率の増大とともにエネルギー分解能や画像解像力が大きく低下する欠点があった。また、これらの方法はすべてシンチレーションのパルス波形が単一の指数関数で近似できる場合にのみ応用することができ、それ以外の場合、例えば減衰時定数の異なる２つ以上の指数関数の和として近似されるような場合には適用できないという欠点があった。
【００１２】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、高い計数率においても、個々の信号パルスのエネルギーを正しくかつ精度良く測定することが可能なエネルギー測定方法及び測定装置を提供し、放射線計測や放射線画像計測の性能を向上することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明によるエネルギー測定方法は、測定対象の信号パルスのパルス波形に対し、その信号強度を積分して信号パルスのエネルギーを測定するエネルギー測定方法であって、（１）入力された信号パルスに対し、信号パルスから次の信号パルスまでの時間間隔であるパルス間隔を取得するパルス間隔取得ステップと、（２）パルス間隔に対応するように設定された所定の積分時間で、信号パルスの信号強度を積分して積分信号強度を取得する積分強度取得ステップと、（３）積分強度取得ステップで取得された積分信号強度、及びパルス間隔取得ステップで取得されたパルス間隔から、信号パルスの全積分強度に対応するエネルギーを算出するエネルギー算出ステップとを備え、（４）エネルギー算出ステップにおいて、測定対象の信号パルスでの積分信号強度及びパルス間隔から算出された補正前のエネルギーに対して、該信号パルスよりも前に入力された信号パルスでの積分信号強度またはエネルギーの少なくとも一方及びパルス間隔からパイルアップ補正を行って、補正後のエネルギーを算出することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明によるエネルギー測定装置は、測定対象の信号パルスのパルス波形に対し、その信号強度を積分して信号パルスのエネルギーを測定するエネルギー測定装置であって、（ａ）入力された信号パルスを分岐した一方を入力し、信号パルスに対応するトリガ信号を生成するトリガ信号生成手段と、（ｂ）トリガ信号生成手段からのトリガ信号を入力し、トリガ信号に基づいて、信号強度の積分を指示するためのゲート信号を生成するゲート信号生成手段と、（ｃ）トリガ信号生成手段からのトリガ信号を入力し、信号パルスでのパルス間隔として、トリガ信号から次のトリガ信号までの時間間隔を計測するパルス間隔計測手段と、（ｄ）入力された信号パルスを分岐した他方を入力し、所定の遅延時間だけ遅延させる遅延手段と、（ｅ）遅延手段で遅延された信号パルス、及びゲート信号生成手段からのゲート信号を入力し、ゲート信号の指示に基づいて設定された所定の積分時間で、信号パルスの信号強度を積分して積分信号強度を取得するゲート積分手段と、（ｆ）ゲート積分手段で取得された積分信号強度、及びパルス間隔計測手段で計測されたパルス間隔から、信号パルスの全積分強度に対応するエネルギーを算出するエネルギー算出手段とを備え、（ｇ）エネルギー算出手段は、測定対象の信号パルスでの積分信号強度及びパルス間隔から算出された補正前のエネルギーに対して、該信号パルスよりも前に入力された信号パルスでの積分信号強度またはエネルギーの少なくとも一方及びパルス間隔からパイルアップ補正を行って、補正後のエネルギーを算出することを特徴とする。
【００１５】
上記したエネルギー測定方法及び測定装置においては、測定対象として入力された信号パルスに対して、パルス波形、すなわち信号強度の時間変化（電流信号）からエネルギーを求めるとともに、その信号パルスよりも前に入力された他の信号パルスに対して先に取得されたデータを用いて、パイルアップ補正を行っている。これにより、信号パルスにパイルアップされた他の信号パルスの影響を除外して、個々の信号パルスのエネルギーを正しく測定することができる。
【００１６】
また、信号パルスに対する補正前のエネルギーの算出及びパイルアップ補正に用いるデータとして、雑音信号などの影響が大きい信号パルス（電流信号）を直接に用いず、積分信号強度、パルス間隔、及びそれらから求められたエネルギーを用いている。これにより、信号パルスのエネルギーを精度良く測定することができる。以上より、信号パルス間のパルス間隔が短く、信号パルスにパイルアップを生じている場合であっても、個々の信号パルスのエネルギーを正しくかつ精度良く測定することが可能なエネルギー測定方法及び測定装置が実現される。
【００１７】
また、エネルギー測定装置は、エネルギー算出手段が、パイルアップ補正の演算を含むエネルギーを算出するための演算を行うエネルギー演算手段と、測定対象の信号パルスでの積分信号強度及びパルス間隔を記憶する第１バッファメモリと、該信号パルスよりも前に入力された信号パルスでの積分信号強度またはエネルギーの少なくとも一方及びパルス間隔を記憶する第２バッファメモリとを有することを特徴とする。
【００１８】
このような構成により、バッファメモリに記憶された各データを参照しつつ、エネルギーを算出するための演算を確実に行うことができる。
【００１９】
具体的なエネルギーの算出方法については、エネルギー測定方法（エネルギー測定装置）は、エネルギー算出ステップにおいて、（エネルギー算出手段が、）パルス間隔Ｔに基づいて決定される係数Ａ（Ｔ）及びＢ（Ｔ）を用い、時刻ｔ0に入力された信号パルスＰ0のエネルギーＥ0を、信号パルスＰ0での積分信号強度Ｑ0及びパルス間隔Ｔ0と、時刻ｔ1（ｔ1＜ｔ0）に連続して入力された信号パルスＰ1での積分信号強度Ｑ1及びパルス間隔Ｔ1とから、次式
Ｅ0＝Ｑ0・Ａ（Ｔ0）−Ｑ1・Ｂ（Ｔ1）
により算出することを特徴とする。
【００２０】
このような算出方法は、例えば、信号パルスのパルス波形が単一の指数関数によって表される場合の単一指数関数補正法において適用することが可能である。あるいは、パルス波形が単一の指数関数以外の一般波形によって表される場合の２項近似法においても適用することが可能である。
【００２１】
あるいは、エネルギー測定方法（エネルギー測定装置）は、エネルギー算出ステップにおいて、（エネルギー算出手段が、）測定対象の信号パルスよりも前に入力された信号パルスのうちでパイルアップ補正に用いる信号パルスの個数をＪ個（Ｊ＝１以上の整数）とするとともに、パルス間隔Ｔに基づいて決定される係数Ｃ0（Ｔ）及びＣj（Ｔ）（ｊ＝１、…、Ｊ）を用い、時刻ｔ0に入力された信号パルスＰ0のエネルギーＥ0を、信号パルスＰ0での積分信号強度Ｑ0及びパルス間隔Ｔ0と、それぞれ時刻ｔj（ｔj＜ｔj-1）に連続して入力されたＪ個の信号パルスＰjでのエネルギーＥj及びパルス間隔Ｔjとから、次式
Ｅ0＝Ｑ0・Ｃ0（Ｔ0）
−Σj=1…JＥj・Ｃj（Ｔj）
により算出することを特徴とする。
【００２２】
このような算出方法は、例えば、信号パルスのパルス波形が単一の指数関数以外の一般波形によって表される場合の多項補正法において適用することが可能である。
【００２３】
あるいは、エネルギー測定方法（エネルギー測定装置）は、エネルギー算出ステップにおいて、（エネルギー算出手段が、）パルス間隔Ｔに基づいて決定される係数Ｄ0（Ｔ）、Ｄ1（Ｔ）及びＤ2（Ｔ）を用い、時刻ｔ0に入力された信号パルスＰ0のエネルギーＥ0を、信号パルスＰ0での積分信号強度Ｑ0及びパルス間隔Ｔ0と、時刻ｔ1（ｔ1＜ｔ0）に連続して入力された信号パルスＰ1でのエネルギーＥ1及びパルス間隔Ｔ1と、時刻ｔ2（ｔ2＜ｔ1）に連続して入力された信号パルスＰ2での積分信号強度Ｑ2及びパルス間隔Ｔ2とから、次式
Ｅ0＝Ｑ0・Ｄ0（Ｔ0）
−Ｅ1・Ｄ1（Ｔ1）−Ｑ2・Ｄ2（Ｔ2）
により算出することを特徴とする。
【００２４】
このような算出方法は、例えば、信号パルスのパルス波形が単一の指数関数以外の一般波形によって表される場合の３項近似法において適用することが可能である。
【００２５】
また、エネルギー測定方法は、エネルギー算出ステップにおいて、パルス間隔Ｔに基づいて決定され、エネルギーの算出に用いられる係数のそれぞれについて、複数のパルス間隔の値に対してあらかじめ求められた係数の値から作成されたルックアップテーブルを用いることを特徴とする。
【００２６】
同様に、エネルギー測定装置は、エネルギー算出手段が、パルス間隔Ｔに基づいて決定され、エネルギーの算出に用いられる係数のそれぞれについて、複数のパルス間隔の値に対してあらかじめ求められた係数の値から作成されたルックアップテーブルを有することを特徴とする。
【００２７】
このような構成により、ルックアップテーブルにあらかじめ用意された係数の値を参照しつつ、エネルギーを算出するための演算を効率的に行うことができる。ただし、これらの係数については、エネルギー算出手段でその都度求めることとしても良い。
【００２８】
また、エネルギー測定方法は、信号パルスのパルス波形をあらかじめ設定された波形弁別条件に基づいて複数種類のパルス波形に弁別するパルス波形弁別ステップをさらに備え、エネルギー算出ステップにおいて、パルス波形弁別ステップで弁別されたパルス波形の種類に対応した算出方法を用いてエネルギーを算出することを特徴とする。
【００２９】
同様に、エネルギー測定装置は、信号パルスのパルス波形をあらかじめ設定された波形弁別条件に基づいて複数種類のパルス波形に弁別するパルス波形弁別手段をさらに備え、エネルギー算出手段が、パルス波形弁別手段で弁別されたパルス波形の種類に対応した算出方法を用いてエネルギーを算出することを特徴とする。
【００３０】
これにより、互いに異なる複数種類のパルス波形のいずれかを有する信号パルスがエネルギーの測定対象となるような場合において、入力された信号パルスに対して、それぞれのパルス波形に対応する好適な算出方法を用いてエネルギーの算出を行うことができる。
【００３１】
また、エネルギー測定装置は、ゲート積分手段において信号パルスの信号強度を積分する積分時間を、測定対象の信号パルスそれぞれに対して、あらかじめ設定された最大積分時間Ｔmax、及びパルス間隔Ｔからゲート積分手段のリセット時間Ｔrを引いた時間Ｔ−Ｔrのうちの短い時間である実効積分時間Ｔ’
Ｔ’＝ｍｉｎ（Ｔmax，Ｔ−Ｔr）
として設定することを特徴とする。
【００３２】
これにより、積分時間が長時間にわたることを防止するとともに、信号パルスそれぞれでのパルス間隔に応じて好適な積分時間を設定して、算出されるエネルギーの精度を極力向上させることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、図面とともに本発明によるエネルギー測定方法及び測定装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００３４】
まず、本発明によるエネルギー測定方法及び測定装置における測定対象となる信号パルスの例として、図１及び図２に示す時間波形のグラフを用いて、放射線検出器として用いられるシンチレーション検出器から検出信号として出力される信号パルスについて説明する。
【００３５】
図１は、シンチレーション検出器から放射線検出に対応して出力される信号パルスについて、そのパルス波形である信号強度の時間波形（電流信号波形）の一例を模式的に示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は時間ｔを、また、縦軸は各時刻における信号パルスの信号強度（電流値）を示している。
【００３６】
シンチレーション検出器では、シンチレータ中で発生するシンチレーション光による光信号パルスに応じて、シンチレータに接続された光検出器から電気信号パルスＰが出力される。この信号パルスＰは、一般に、シンチレーション光の発生時刻に対応する時刻に立ち上がった信号強度が、ある程度のパルス時間幅にわたる時間的な広がりを持って減衰するパルス波形を有する。
【００３７】
具体的には、信号パルスＰのパルス波形は、例えば、図１に示すように、信号強度が立ち上がり時刻で立ち上がった後に、時間ｔの経過とともに単一の指数関数にしたがって減衰する時間波形ｆ（ｔ）
【００３８】
【数１】
で近似されるパルス波形を示す。ここで、式（１）において、τは、信号パルスＰのパルス波形での信号強度の減衰時定数、ｔは、信号パルスＰの立ち上がり時刻からの経過時間を示している。また、Ｅは、パルス波形の信号強度の全積分強度に対応する信号パルスＰのエネルギーである。
【００３９】
信号パルスＰに対してエネルギーＥの測定を行う場合、信号パルスＰのパルス幅や減衰時定数τに応じて好適な積分時間を設定し、設定された積分時間にわたって、パルス波形ｆ（ｔ）での信号強度を積分する。信号パルスＰの立ち上がり時刻から信号強度の積分を行う積分時間をＴとすると、得られる積分電荷量である積分信号強度Ｑ（Ｔ）は、次式
【００４０】
【数２】
で表される。
【００４１】
この積分信号強度Ｑ（Ｔ）は、図１中において斜線を付して示した範囲での信号強度の積分値に相当し、積分時間Ｔを長くするにしたがって、全積分強度である信号パルスＰのエネルギーＥに近付く。表式上の便利のため、積分レスポンスＧ（Ｔ）を
【００４２】
【数３】
のように定義すると、式（２）に示した積分信号強度はＱ（Ｔ）＝ＥＧ（Ｔ）となる。
【００４３】
図２は、信号パルスのパイルアップの発生について示すグラフである。このような信号パルスのパイルアップは、例えば、シンチレーション検出器における放射線の単位時間当りの検出数（計数率）が高く、信号パルス間のパルス時間間隔が短くなった場合に発生する。すなわち、信号パルス間のパルス間隔が、個々の信号パルスのパルス幅と同程度またはそれよりも短くなると、図２（ａ）の時間波形のグラフに示すように、２以上の信号パルスＰのパルス波形が互いに重なり合うパイルアップを生じる。
【００４４】
図２（ａ）のグラフにおいては、エネルギーを測定しようとする信号パルスとして図示した信号パルスＰ0のパルス波形に対し、信号パルスＰ0よりも前の連続する２つの信号パルスＰ1、Ｐ2について、それぞれ同様にパルス波形を示している。これらの信号パルスＰ1及びＰ2は、いずれも測定対象の信号パルスＰ0に対してパイルアップしている。
【００４５】
ここで、図２（ａ）に示すように、これらの信号パルスそれぞれの立ち上がり時刻について、信号パルスＰ0の立ち上がり時刻を０として、信号パルスＰ1の立ち上がり時刻を−ｔ1、信号パルスＰ2の立ち上がり時刻を−ｔ2（−ｔ2＜−ｔ1＜０）とする。また、対象とする信号パルスから次の信号パルスまでのパルス間隔について、信号パルスＰ2でのパルス間隔をＴ2、信号パルスＰ1でのパルス間隔をＴ1、信号パルスＰ0でのパルス間隔をＴ0とする。
【００４６】
これらの信号パルスのパルス波形に対し、信号パルスＰi（ｉ＝２、１、０）のそれぞれについて、次の信号パルスまでのパルス間隔Ｔiを積分時間として信号強度の積分を行うとする。このとき、信号パルスＰ0に対する積分信号強度として、積分時間Ｔ0にわたって積分した積分信号強度Ｑ0（Ｔ0）が得られる（図２（ａ）中において斜線を付して示した範囲での積分値）。同様に、信号パルスＰ1、Ｐ2に対する積分信号強度として、積分時間Ｔ1、Ｔ2にわたって積分した積分信号強度Ｑ1（Ｔ1）、Ｑ2（Ｔ2）がそれぞれ得られる。
【００４７】
測定しようとする信号パルスＰ0のエネルギーＥ0は、図２（ｂ）中において斜線を付して示すように、信号パルスＰ0のパルス波形に含まれる信号強度の全体を積分した積分信号強度に相当する。ここで、信号パルスの頻度が低くパイルアップが発生していない場合には、測定対象としている信号パルスのパルス波形ｆ（ｔ）が既知であれば、上記した式（２）を用いて、積分信号強度Ｑ0、及び積分時間であるパルス間隔Ｔ0から、信号パルスＰ0のエネルギーをＥ0＝Ｑ0／Ｇ（Ｔ0）と求めることができる。
【００４８】
一方、信号パルスのパイルアップが発生している場合には、信号パルスＰ0に対して実際に得られる積分信号強度Ｑ0は、図２（ａ）に示すように、信号パルスＰ0自体の信号強度の積分値に加えて、信号パルスＰ0よりも前の信号パルスで信号パルスＰ0にパイルアップしている他の信号パルスＰ1、Ｐ2の信号強度の積分値を含んでいる。このとき、積分信号強度Ｑ0は、信号パルスＰ0の信号強度、及びその全積分強度であるエネルギーＥ0と直接には対応しない。したがって、この積分信号強度Ｑ0をそのまま用いたのでは、信号パルスＰ0のエネルギーＥ0を正しく測定することができない。
【００４９】
以上より、信号パルスのパイルアップが発生した場合、信号パルスＰのエネルギーＥを正しく測定するためには、エネルギーＥを算出する際に、測定対象の信号パルスＰにパイルアップしている他の信号パルスの影響を除去するパイルアップ補正を行う必要がある。
【００５０】
本発明によるエネルギー測定方法及び測定装置は、このようなパイルアップ補正を所定の方法及び構成を用いて行うことにより、信号パルスのパイルアップが発生している場合であっても、個々の信号パルスのエネルギーを正しくかつ精度良く測定することを可能とするものである。
【００５１】
図３は、本発明によるエネルギー測定装置の第１実施形態の構成を示すブロック図である。本エネルギー測定装置１は、測定対象として入力された信号パルスＰのパルス波形に対し、その信号強度を積分することによって信号パルスＰのエネルギーＥを測定するエネルギー測定回路（信号処理回路）であり、信号パルスＰのエネルギーＥを算出するための演算等を行うエネルギー算出部１０を含んで構成されている。
【００５２】
エネルギー測定の測定対象となる信号パルスＰ、例えば図１及び図２に示したシンチレーション検出器からの検出信号の電気信号パルスは、エネルギー測定装置１に入力され、２つの信号パルスに分岐される。
【００５３】
分岐された一方の信号パルスは、トリガ信号生成器２１へと入力される。トリガ信号生成器２１は、信号パルスＰに対応するトリガ信号を生成する。具体的には、例えば、入力された信号パルスＰのパルス波形に対して、信号強度の下限値となるスレッショルドをあらかじめ設定しておき、信号パルスＰの信号強度がスレッショルドを超えたときに、その信号パルスＰに対応するトリガ信号を生成して出力する。
【００５４】
トリガ信号生成器２１から出力されたトリガ信号は、ゲート信号生成器２２及びパルス間隔計測器２３へと入力される。ゲート信号生成器２２は、トリガ信号に基づいて、信号パルスＰに対する信号強度の積分を指示（例えば積分のＯＮ／ＯＦＦを指示）するためのゲート信号を生成する。また、パルス間隔計測器２３は、測定しようとする信号パルスＰから次の信号パルスまでのパルス間隔Ｔとして、トリガ信号から次のトリガ信号までの時間間隔を計測する。
【００５５】
一方、分岐された他方の信号パルスは、遅延回路３１へと入力される。遅延回路３１は、ゲート信号による指示に基づいて信号強度の積分を行うため、入力された信号パルスＰを所定の遅延時間だけ遅延させて出力する。
【００５６】
遅延回路３１によって遅延された信号パルスＰは、ゲート積分器３２へと入力される。また、このゲート積分器３２には、ゲート信号生成器２２からのゲート信号も入力されている。ゲート積分器３２は、このゲート信号の指示に基づいて設定された所定の積分時間によって、遅延回路３１から入力された信号パルスＰの信号強度を積分し、得られた積分信号強度Ｑを出力する。
【００５７】
信号パルスＰのエネルギーＥを算出するエネルギー算出部１０には、上記したゲート積分器３２で取得された積分信号強度Ｑと、パルス間隔計測器２３で計測されたパルス間隔Ｔとが入力される。エネルギー算出部１０は、信号パルスＰにパイルアップされた他の信号パルスの影響が除去されるようにパイルアップ補正を行いつつ、積分信号強度Ｑ及びパルス間隔Ｔから、信号パルスＰの全積分強度に対応するエネルギーＥを算出する。
【００５８】
本実施形態のエネルギー測定装置１によって実行される信号パルスＰのエネルギー測定方法は、概略以下の通りである（図２（ａ）参照）。
【００５９】
まず、エネルギー測定装置１に測定対象として入力された信号パルスＰ0に対して、パルス間隔計測器２３において、その信号パルスＰ0から次の信号パルスまでのパルス間隔Ｔ0を取得する（パルス間隔取得ステップ）。また、ゲート積分器３２において、ゲート信号の指示に基づいてパルス間隔Ｔ0に対応するように設定された所定の積分時間で、信号パルスＰ0の信号強度を積分して積分信号強度Ｑ0を取得する（積分強度取得ステップ）。
【００６０】
そして、これらの積分信号強度Ｑ0及びパルス間隔Ｔ0から、エネルギー算出部１０において、信号パルスＰ0のエネルギーＥ0を算出する（エネルギー算出ステップ）。
【００６１】
このとき、測定しようとする信号パルスＰ0での積分信号強度Ｑ0及びパルス間隔Ｔ0から算出された補正前のエネルギーに対して、その信号パルスＰ0よりも前に入力された信号パルス（例えば信号パルスＰ1）について先に取得されている積分信号強度（例えば積分信号強度Ｑ1）またはエネルギー（例えばエネルギーＥ1）の少なくとも一方及びパルス間隔（例えばパルス間隔Ｔ1）を用いてパイルアップ補正を行う。これにより、信号パルスＰ0にパイルアップされた他の信号パルスの影響が極力除去された補正後のエネルギーＥ0が算出されて、エネルギー測定装置１から出力される。
【００６２】
上述したエネルギー測定装置及び測定方法の効果について説明する。
【００６３】
本実施形態のエネルギー測定装置１及びエネルギー測定方法においては、測定対象として入力された信号パルスＰに対して、パルス波形、すなわち信号強度の時間変化からエネルギーＥを求めるとともに、その信号パルスＰよりも前に入力された他の信号パルスに対して先に取得されているデータを用いて、パイルアップ補正を行っている。これにより、信号パルスＰにパイルアップされた他の信号パルスの影響を除外して、個々の信号パルスＰのエネルギーＥを正しく測定することができる。
【００６４】
また、信号パルスＰに対する補正前のエネルギーの算出及びパイルアップ補正に用いるデータとして、信号パルスＰに発生する雑音信号などの影響が大きい信号パルスＰの信号強度を直接に用いず、ゲート積分器３２によって信号強度が積分された積分信号強度Ｑ、パルス間隔計測器２３で計測されたパルス間隔Ｔ、及びそれらから求められたエネルギーＥをエネルギー算出に用いている。これにより、信号パルスＰのエネルギーＥを精度良く測定することができる。
【００６５】
以上より、信号パルス間のパルス間隔が短く、信号パルス同士にパイルアップを生じている場合であっても、個々の信号パルスのエネルギーを正しくかつ精度良く測定することが可能なエネルギー測定方法及び測定装置が実現される。このような方法は、信号パルスのパルス波形が単一の指数関数で表される場合に限らず、一般的な時間波形に対して、広い範囲で適用が可能である。
【００６６】
なお、エネルギー測定装置１に含まれる各回路要素等については、必要に応じて、様々なものを用いて良い。ゲート積分器３２による信号強度の積分については、アナログ演算で電流信号を積分しても良いし、あるいは、連続的なサンプリングによって信号波形をデジタル化した後に、デジタル演算で積分を行う構成とすることも可能である。また、パルス間隔計測器２３によるパルス間隔の計測については、例えば、パルス間隔計測器２３にクロックパルスを入力しておき、クロックパルスを計数することによって時間間隔を計測する方法を用いることができる。
【００６７】
エネルギー測定装置の構成、及び測定装置で実行されるエネルギーの算出方法を含むエネルギー測定方法について、さらに具体的に説明する。
【００６８】
図４は、エネルギー測定装置の第２実施形態の構成を示すブロック図である。このエネルギー測定装置１は、例えば、測定対象となる信号パルスＰのパルス波形が図１及び図２に示した例のように単一の指数関数で表される場合において、その信号パルスのエネルギー測定に適用することが可能な構成となっている。
【００６９】
本実施形態のエネルギー測定装置１の構成は、トリガ信号生成器２１、ゲート信号生成器２２、パルス間隔計測器２３、遅延回路３１、及びゲート積分器３２については、図３に示した実施形態と同様である。
【００７０】
本実施形態におけるエネルギー算出部１０は、エネルギー演算器１１と、ルックアップテーブル１２と、２つのバッファメモリ４０、４１とを有して構成されている。エネルギー演算器１１は、測定対象である信号パルスＰ0の入力に対応して、そのエネルギーＥ0を算出するために必要な演算を行う。また、ルックアップテーブル１２には、後述するように、エネルギー演算器１１で実行される演算において用いられる係数のデータが格納されている。
【００７１】
バッファメモリ４０には、各時点で測定対象となっている信号パルスＰ0に対応して、ゲート積分器３２から入力された積分信号強度Ｑ0、及びパルス間隔計測器２３から入力されたパルス間隔Ｔ0が記憶される。また、バッファメモリ４１には、信号パルスＰ0よりも前の信号パルスＰ1での積分信号強度Ｑ1及びパルス間隔Ｔ1が記憶される。これらの各データは、エネルギー演算器１１で行われるエネルギーを算出するための演算に対する入力データとなる。
【００７２】
このように、エネルギーＥ0を算出するための演算を行うエネルギー演算器１１と、測定対象の信号パルスＰ0での積分信号強度Ｑ0及びパルス間隔Ｔ0を記憶するバッファメモリ４０（第１バッファメモリ）と、信号パルスＰ0よりも前に入力された信号パルスＰ1での積分信号強度Ｑ1及びパルス間隔Ｔ1を記憶するバッファメモリ４１（第２バッファメモリ）とを有するエネルギー算出部１０の構成とすることにより、バッファメモリに記憶された各データを参照しつつ、エネルギーＥを算出するための演算を確実に行うことができる。
【００７３】
図４に示したエネルギー測定装置１の構成、特にエネルギー算出部１０の構成を参照しつつ、信号パルスＰのパルス波形が式（１）に示した時間波形ｆ（ｔ）のように単一の指数関数で表される場合に適用が可能なエネルギーＥの算出方法である単一指数関数補正法について説明する。
【００７４】
信号パルスＰ0のパルス波形が式（１）の時間波形ｆ（ｔ）で表される場合、信号パルスのパイルアップが発生していないとすると、パルス間隔Ｔ0を積分時間として信号強度を積分した積分信号強度Ｑ0は、
【００７５】
【数４】
となる。このとき、信号パルスＰ0のエネルギーＥ0は、バッファメモリ４０に記憶されている積分信号強度Ｑ0及びパルス間隔Ｔ0から、
【００７６】
【数５】
と求められる。
【００７７】
これに対して、信号パルスのパイルアップが発生している場合には、積分信号強度Ｑ0は、信号パルスＰ0よりも前の信号パルスＰ1、Ｐ2等の信号強度の積分値を含んでいる。したがって、エネルギーＥ0を正しく求めるには、式（５）の右辺Ｑ0／Ｇ（Ｔ0）から信号パルスＰ1、Ｐ2等の信号強度の積分値を除去するパイルアップ補正を行う必要がある。そして、この除去すべき信号強度の積分値は、パルス波形が単一の指数関数である場合には、測定対象である信号パルスＰ0の直前の信号パルスＰ1に対して先に取得されたデータとしてバッファメモリ４１に記憶されている積分信号強度Ｑ1及びパルス間隔Ｔ1から求めることができる。
【００７８】
以上より、単一指数関数補正法においては、信号パルスＰ0に対するパイルアップ補正後のエネルギーＥ0は、バッファメモリ４０に記憶されている積分信号強度Ｑ0及びパルス間隔Ｔ0と、バッファメモリ４１に記憶されている積分信号強度Ｑ1及びパルス間隔Ｔ1とから、以下の式（６）
【００７９】
【数６】
によって求めることができる。
【００８０】
上記した式（６）では、各信号パルスＰiに対する信号強度の積分時間として、次の信号パルスまでのパルス間隔Ｔiをそのまま用いている。これに対して、実際には、ゲート積分器３２での積分値の読取及びリセットにある程度の時間を要することを考慮して、積分時間を設定する必要がある。また、パルス間隔Ｔiが長くなった場合に長時間にわたって信号強度を積分することがないように、積分時間の上限値として最大積分時間を設定しておくことが好ましい。
【００８１】
ゲート積分器３２において積分値の読取及びリセットに要するリセット時間をＴr、上限値として設定された最大積分時間をＴmaxとすると、信号パルスＰのパルス間隔Ｔに対して、実際に信号強度の積分を行う実効積分時間Ｔ’は、
【００８２】
【数７】
となる。
【００８３】
図５は、信号パルスＰのパルス波形に対するパルス間隔Ｔ及び実効積分時間Ｔ’について示すグラフである。ここで、図５（ａ）のグラフは、図２（ａ）と同様に、信号強度の時間変化である信号波形を示している。また、図５（ｂ）のグラフは、図５（ａ）に示した信号波形を積分した積分信号強度の時間変化である積分波形を示している。
【００８４】
図５においては、例として、信号パルスＰ0でのパルス間隔Ｔ0が最大積分時間Ｔmaxに対してＴ0−Ｔr＜Ｔmaxを満たしている場合について示している。このとき、信号パルスＰ0でのパルス間隔Ｔ0に対応する実効積分時間Ｔ0’は、Ｔ0’＝Ｔ0−Ｔrとなる。ゲート積分器３２から出力される積分信号強度は、信号パルスＰ0の信号波形に対し、図５（ｂ）に示すように、積分開始から実効積分時間Ｔ0’にわたって信号強度の積分によって増加する積分波形となる。そして、次の信号パルスの積分開始までのリセット時間Ｔrでリセットされ、また、ゲート積分器３２において積分値の読取が実行される。
【００８５】
このように、実効積分時間Ｔ’を信号強度の積分時間とすることにより、積分時間が長時間にわたることを防止するとともに、信号パルスＰそれぞれでのパルス間隔Ｔに応じて好適な積分時間を設定して、算出されるエネルギーＥの精度を極力向上させることができる。なお、最大積分時間Ｔmaxは、例えば、パルス波形ｆ（ｔ）の減衰時定数τに対して、３τ程度に設定される。
【００８６】
また、この実効積分時間Ｔ’では、パルス間隔Ｔが長い場合に対して最大積分時間Ｔmaxを設定したが、逆にパルス間隔Ｔが短い場合に対しては、エネルギーＥの算出を実行するための最小パルス間隔を設定しておいても良い。この場合、最小パルス間隔は、測定対象の信号パルスＰ0の前のパルス間隔Ｔ1、及び後のパルス間隔Ｔ0に対してそれぞれ設定しておくことが好ましい。
【００８７】
前のパルス間隔Ｔ1に対して最小パルス間隔を設けることにより、信号パルスＰ0に対する前の信号パルスＰ1のパイルアップが大き過ぎる場合を除外することができる。また、後のパルス間隔Ｔ0に対して最小パルス間隔を設けることにより、信号パルスＰ0の積分時間が充分に確保できない場合を除外することができる。
【００８８】
上記した実効積分時間Ｔ’の適用に対し、パルス間隔Ｔに対応する積分レスポンスＧ（Ｔ）に代えて実効積分時間Ｔ’に対応する実効積分レスポンスＨ（Ｔ）を定義すると、このＨ（Ｔ）は、
【００８９】
【数８】
と表される。信号パルスＰ0に対するパイルアップ補正後のエネルギーＥ0は、この実効積分レスポンスＨ（Ｔ）を用いて、上記した式（６）を修正した以下の式（９）
【００９０】
【数９】
によって求めることができる。
【００９１】
この式（９）において、Ａ（Ｔ）は、ゲート積分器３２で取得された積分信号強度Ｑ0から全積分強度に対応するエネルギーＥ0を求めるための係数であり、その値は信号パルスＰ0のパルス間隔Ｔ0に基づいて決定される。また、Ｂ（Ｔ）は、直前の連続する信号パルスＰ1での積分信号強度Ｑ1を用いてパイルアップ補正を行うための係数であり、その値は信号パルスＰ1のパルス間隔Ｔ1に基づいて決定される。
【００９２】
以上より、エネルギー演算器１１において、パルス間隔Ｔ0及びＴ1を参照して係数Ａ（Ｔ0）及びＢ（Ｔ1）を決定することによって、バッファメモリ４０に記憶されている積分信号強度Ｑ0、及びバッファメモリ４１に記憶されている積分信号強度Ｑ1から、信号パルスＰ0の正確なエネルギーＥ0を容易に求めることができる。
【００９３】
ここで、エネルギーＥ0の算出に用いられる係数Ａ（Ｔ）及びＢ（Ｔ）のそれぞれについては、複数のパルス間隔Ｔの値に対してあらかじめ各係数の値を求めておき、それらの係数の値からルックアップテーブル１２（図４参照）を作成しておくことが好ましい。これにより、取得されたパルス間隔Ｔ0及びＴ1に対して、ルックアップテーブル１２に含まれている係数Ａ（Ｔ）のルックアップテーブル及び係数Ｂ（Ｔ）のルックアップテーブルの２つのルックアップテーブルからそれぞれ係数の値Ａ（Ｔ0）及びＢ（Ｔ1）を読み出して、パイルアップ補正がされたエネルギーＥ0を短時間で効率的に算出することが可能となる。
【００９４】
次に、信号パルスＰのパルス波形が単一の指数関数で表せない一般的な時間波形（一般波形）である場合について説明する。
【００９５】
シンチレーション検出器から放射線検出に対応して出力される信号パルスの一般波形は、例えば、減衰時定数が異なる複数の指数関数の和によって表される。図６は、このような一般波形を有する信号パルスのパルス波形の例として、減衰時定数が小さく減衰が早い成分と、減衰時定数が大きく減衰が遅い成分とを含むパルス波形ｆ（ｔ）＝Ｅｇ（ｔ）を模式的に示すグラフである。
【００９６】
このような一般波形を有する信号パルスに対するパイルアップ補正では、時間波形の相違により、上記した式（６）または式（９）を適用することはできないが、信号パルスにパイルアップされる前の信号パルスによる信号強度（電荷量）を先に測定された他の信号パルスのエネルギーから推定して、同様に、パイルアップ補正を行うことが可能である。
【００９７】
図７は、エネルギー測定装置の第３実施形態の構成を示すブロック図である。このエネルギー測定装置１は、例えば、測定対象となる信号パルスＰのパルス波形が図６に示した例のように単一の指数関数で表せない一般波形である場合において、その信号パルスのエネルギー測定に適用することが可能な構成となっている。
【００９８】
本実施形態のエネルギー測定装置１の構成は、トリガ信号生成器２１、ゲート信号生成器２２、パルス間隔計測器２３、遅延回路３１、及びゲート積分器３２については、図３に示した実施形態と同様である。
【００９９】
本実施形態におけるエネルギー算出部１０は、エネルギー演算器１１と、ルックアップテーブル１２と、データ入力側のバッファメモリ４５と、エネルギー出力側のバッファメモリ５０とを有して構成されている。エネルギー演算器１１は、測定対象である信号パルスＰ0の入力に対応して、そのエネルギーＥ0を算出するために必要な演算を行う。また、ルックアップテーブル１２には、エネルギー演算器１１で実行される演算において用いられる係数のデータが格納されている。
【０１００】
データ入力側のバッファメモリ４５には、各時点で測定対象となっている信号パルスＰ0に対応して、ゲート積分器３２から入力された積分信号強度Ｑ0、及びパルス間隔計測器２３から入力されたパルス間隔Ｔ0が記憶される。また、信号パルスＰ0よりも前の連続するＪ個（Ｊ＝１以上の整数）の信号パルスＰ1、Ｐ2、…、ＰJでのパルス間隔Ｔ1、Ｔ2、…、ＴJも記憶されている。また、エネルギー出力側のバッファメモリ５０には、信号パルスＰ0に対して算出されたエネルギーＥ0が記憶される。また、信号パルスＰ0よりも前のＪ個の信号パルスＰ1、Ｐ2、…、ＰJでのエネルギーＥ1、Ｅ2、…、ＥJも記憶されている。これらの各データは、エネルギー演算器１１で行われるエネルギーを算出するための演算に対する入力データとなる。
【０１０１】
図７に示したエネルギー測定装置１の構成、特にエネルギー算出部１０の構成を参照しつつ、信号パルスＰのパルス波形が一般波形である場合に適用が可能なエネルギーＥの算出方法である多項補正法について説明する。
【０１０２】
図６にその例を示したように、信号パルスＰのパルス波形が一般的な時間波形としてｆ（ｔ）＝Ｅｇ（ｔ）と表されているとすると、単一の指数関数の場合に関して式（３）に示した積分レスポンスに対応する積分レスポンスＧ（Ｔ）は、
【０１０３】
【数１０】
となる。さらに、ゲート積分器３２でのリセット時間Ｔr及び最大積分時間Ｔmaxを考慮して式（７）の実効積分時間Ｔ’を適用すると、式（８）に示した実効積分レスポンスに対応する実効積分レスポンスＨ（Ｔ）は、
【０１０４】
【数１１】
と表される。信号パルスＰ0に対するパイルアップ補正後のエネルギーＥ0は、この実効積分レスポンスＨ（Ｔ）を用い、以下の式（１２）
【０１０５】
【数１２】
によって求めることができる。
【０１０６】
ここで、Ｊは、測定対象の信号パルスＰ0よりも前に入力された信号パルスのうちでパイルアップ補正に用いる信号パルスＰ1、…、ＰJの個数である。この個数Ｊ個は、上記したバッファメモリ４５に記憶されている前のパルス間隔Ｔ1、…、ＴJのデータ数、及びバッファメモリ５０に記憶されている前のエネルギーＥ1、…、ＥJのデータ数とも対応している。
【０１０７】
また、この式（１２）において、Ｃ0（Ｔ）は、ゲート積分器３２で取得された積分信号強度Ｑ0から全積分強度に対応するエネルギーＥ0を求めるための係数であり、その値は信号パルスＰ0のパルス間隔Ｔ0に基づいて決定される。また、Ｃj（Ｔj）＝Ｃj（ｔj，Ｔ0）（ｊ＝１、…、Ｊ）は、信号パルスＰ0よりも前のＪ個の信号パルスＰjそれぞれでのエネルギーＥjを用いてパイルアップ補正を行うための係数であり、信号パルスＰjのパルス間隔Ｔjに基づいて決定される。なお、ｔjは、信号パルスＰ0の立ち上がり時刻を０としたときの信号パルスＰjの立ち上がり時刻に対応するものであり（図２参照）、パルス間隔Ｔjを用いて表すと、
【０１０８】
【数１３】
である。
【０１０９】
以上より、エネルギー演算器１１において、パルス間隔Ｔ0、Ｔ1、…、ＴJを参照して係数Ｃ0（Ｔ0）、Ｃj（Ｔj）を決定することによって、信号パルスＰ0のパルス波形が一般波形の場合でも、バッファメモリ４５に記憶されている積分信号強度Ｑ0、及びバッファメモリ５０に記憶されているエネルギーＥ1、…、ＥJから、信号パルスＰ0の正確なエネルギーＥ0を容易に求めることができる。
【０１１０】
ここで、エネルギーＥ0の算出に用いられる係数Ｃ0（Ｔ）及びＣj（Ｔ）（ｊ＝１、…、Ｊ）のそれぞれについては、複数のパルス間隔Ｔの値に対してあらかじめ各係数の値を求めておき、それらの係数の値からそれぞれルックアップテーブル１２（図７参照）を作成しておくことが好ましい。これにより、パイルアップ補正がされたエネルギーＥ0を短時間で効率的に算出することが可能となる。
【０１１１】
また、パイルアップ補正に用いる信号パルスの個数Ｊについては、Ｊを多くするほど、パイルアップ補正の精度、したがって算出されるエネルギーＥ0の精度が向上される。実際には、測定対象である信号パルスのパルス波形や信号パルスの入力頻度、エネルギーＥ0を算出するための演算に要する時間、用意するルックアップテーブルのデータ量などを考慮して、好適な個数にＪを設定することが好ましい。
【０１１２】
一般波形に対する式（１２）によるエネルギー算出方法は、上述したように、信号パルスＰ0よりも前のＪ個の信号パルスを用いてパイルアップ補正を行う多項補正法によるものである。この式（１２）は、Ｊ＋１番目以降の信号パルスの影響を無視することを除けば、エネルギーＥ0の正確な展開式となっている。これに対して、エネルギー演算を簡単化するとともに演算に用いるデータ数を減少するため、２項近似法や３項近似法などの近似法を用いて、一般波形でのパイルアップ補正を行うことも可能である。
【０１１３】
まず、２項近似法では、信号パルスＰ0のエネルギーＥ0の算出において信号パルスＰ2以前の信号パルスの電荷を無視し（図２（ａ）参照）、直前の信号パルスＰ1の立ち上がり時刻−ｔ1から信号パルスＰ0の立ち上がり時刻０までの電荷量を、すべて信号パルスＰ1によるものと仮定する。このとき、パイルアップ補正後の信号パルスＰ0のエネルギーＥ0は、以下の式（１４）
【０１１４】
【数１４】
によって近似的に求めることができる。ただし、ｘは、パルス波形に応じて経験的に定められる補正係数である。
【０１１５】
図８は、式（１４）による２項近似法を用いたエネルギーの算出方法に対応するエネルギー算出部の構成の一例を示すブロック図である。このエネルギー算出部１０は、エネルギー演算器１１と、ルックアップテーブル１２と、データ入力側の２つのバッファメモリ４０、４１とを有して構成されている。この構成は、エネルギー演算器１１で実行される演算の内容を除けば、図４に示したものと同等である。
【０１１６】
バッファメモリ４０には、各時点で測定対象となっている信号パルスＰ0に対応して、積分信号強度Ｑ0及びパルス間隔Ｔ0が記憶される。また、バッファメモリ４１には、信号パルスＰ1での積分信号強度Ｑ1及びパルス間隔Ｔ1が記憶される。
【０１１７】
エネルギー演算器１１は、パルス間隔Ｔ0及びＴ1を参照して係数Ｄ0（Ｔ0）及びＤ1（Ｔ1）を決定し、または、ルックアップテーブル１２から係数Ｄ0（Ｔ0）及びＤ1（Ｔ1）の値を読み出す。これにより、バッファメモリ４０に記憶されている積分信号強度Ｑ0、及びバッファメモリ４１に記憶されている積分信号強度Ｑ1から、式（１４）によってパイルアップ補正されたエネルギーＥ0を求めることができる。
【０１１８】
また、３項近似法では、信号パルスＰ0のエネルギーＥ0の算出において信号パルスＰ3以前の信号パルスの電荷を無視し、信号パルスＰ1でのエネルギーＥ1の影響は正しく補正するとともに、信号パルスＰ2の立ち上がり時刻−ｔ2から信号パルスＰ1の立ち上がり時刻−ｔ1までの電荷量を、すべて信号パルスＰ2によるものと仮定する。このとき、パイルアップ補正後の信号パルスＰ0のエネルギーＥ0は、以下の式（１５）
【０１１９】
【数１５】
によって近似的に求めることができる。ただし、ｘは、パルス波形に応じて経験的に定められる補正係数である。
【０１２０】
図９は、式（１５）による３項近似法を用いたエネルギーの算出方法に対応するエネルギー算出部の構成の一例を示すブロック図である。このエネルギー算出部１０は、エネルギー演算器１１と、ルックアップテーブル１２と、データ入力側の３つのバッファメモリ４０、４１、４２と、エネルギー出力側のバッファメモリ５０とを有して構成されている。
【０１２１】
データ入力側のバッファメモリ４０には、各時点で測定対象となっている信号パルスＰ0に対応して、積分信号強度Ｑ0及びパルス間隔Ｔ0が記憶される。また、バッファメモリ４１には、信号パルスＰ1での積分信号強度Ｑ1及びパルス間隔Ｔ1が記憶される。また、バッファメモリ４２には、信号パルスＰ2での積分信号強度Ｑ2及びパルス間隔Ｔ2が記憶される。また、エネルギー出力側のバッファメモリ５０には、信号パルスＰ0でのエネルギーＥ0及び信号パルスＰ1でのエネルギーＥ1が記憶される。
【０１２２】
エネルギー演算器１１は、パルス間隔Ｔ0、Ｔ1、及びＴ2を参照して係数Ｄ0（Ｔ0）、Ｄ1（Ｔ1）、及びＤ2（Ｔ2）を決定し、または、ルックアップテーブル１２から係数Ｄ0（Ｔ0）、Ｄ1（Ｔ1）、及びＤ2（Ｔ2）の値を読み出す。これにより、バッファメモリ４０に記憶されている積分信号強度Ｑ0、バッファメモリ５０に記憶されているエネルギーＥ1、及びバッファメモリ４２に記憶されている積分信号強度Ｑ2から、式（１５）によってパイルアップ補正されたエネルギーＥ0を求めることができる。
【０１２３】
上述した単一指数関数補正法、多項補正法、２項近似法、または３項近似法をエネルギーの算出方法として用いたエネルギー測定についてそれぞれシミュレーションを行い、その効果の確認を行った。このシミュレーションでは、所定のパルス波形とエネルギーを有する多数の信号パルスを所定の平均計数率で時間的にランダムに発生させ、所定のエネルギー算出法及びパイルアップ補正法に基づいてエネルギーの算出値をシミュレートし、平均の波高分布やエネルギー分解能を推定した。各パルス信号のエネルギーは光電子増倍管の第一ダイノードに集められる全光電子数で表し、計測される各パルス信号のエネルギーは所定の積分時間内に集められる光電子数がポアッソン分布にしたがって統計的に変動すると仮定した。また各パルス間隔は正確に測定されるものと仮定し、パルス間隔の測定誤差及びデジタル化による誤差は無視した。
【０１２４】
まず、単一指数関数補正法によるエネルギー算出及びパイルアップ補正のシミュレーション結果について、図１０及び図１１を参照して説明する。ここでは、信号パルスＰのパルス波形について、減衰時定数τ＝２４０ｎｓの単一の指数関数成分による時間波形を仮定し、エネルギーは光電子数で１０００とした。また、他の条件については、リセット時間をＴr＝５０ｎｓ、最大積分時間をＴmax＝１０００ｎｓにそれぞれ設定した。
【０１２５】
図１０は、入力信号パルスに対して単一指数関数補正法を用いて求められたエネルギー算出値の分布を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は、信号パルスＰに対するエネルギーＥの算出値（channel）を示し、縦軸は、channel毎のカウント数を示している。
【０１２６】
図１０においては、入力計数率について、（１）０．０１Ｍｃｐｓ、（２）１Ｍｃｐｓ、（３）２．５Ｍｃｐｓ、及び（４）５Ｍｃｐｓの４条件でそれぞれシミュレーションを行って得られたエネルギー分布を示している。入力計数率が増大するにつれて、エネルギー分解能がやや低下しているものの、パイルアップ補正によって、他の信号パルスの信号強度が積分されることによるエネルギーのシフト、及びエネルギー分解能の低下が抑制されていることがわかる。
【０１２７】
また、図１１は、入力信号パルスに対して単一指数関数補正法を用いて求められたエネルギー算出値の半値幅（ＦＷＨＭ）及び１０％値幅（ＦＷＴＭ）を示すグラフである。これらのグラフからも、単一指数関数のパルス波形を有する信号パルスに対して、単一指数関数補正法を用いてパイルアップ補正を行うことによって、入力信号パルス数の増大に伴うエネルギー分解能の低下が極力抑制されていることがわかる。
【０１２８】
次に、２項近似法、３項近似法、及び多項補正法によるエネルギー算出及びパイルアップ補正の第１のシミュレーション結果について、図１２及び図１３を参照して説明する。ここでは、信号パルスＰのパルス波形について、減衰時定数τ1＝２４０ｎｓの第１指数関数成分、及びτ2＝５０ｎｓの第２指数関数成分を強度比７０％：３０％で含む時間波形を一般波形として仮定した。また、他の条件については、リセット時間をＴr＝５０ｎｓ、最大積分時間をＴmax＝１０００ｎｓにそれぞれ設定し、エネルギーは光電子数で２０００とした。
【０１２９】
図１２は、入力信号パルスに対して２項近似法、３項近似法、及び多項補正法を用いて求められたエネルギー算出値のＦＷＨＭ及びＦＷＴＭを示すグラフである。ここで、２項近似法においては、補正係数をｘ＝１．１とした。また、３項近似法においては、補正係数をｘ＝１．２とした。また、多項補正法においては、パイルアップ補正に用いる信号パルスの個数をＪ＝５とした。
【０１３０】
これらのグラフから、一般波形のパルス波形を有する信号パルスに対して、２項近似法、３項近似法、または多項補正法を用いてパイルアップ補正を行うことによって、入力信号パルス数の増大に伴うエネルギー分解能の低下が極力抑制されていることがわかる。
【０１３１】
また、２項近似法、３項近似法、及び多項補正法のそれぞれについて比較すると、パイルアップ補正の項数を２項から３項、多項（Ｊ＝５）と多くすることによって、得られるエネルギーの算出値の精度が向上されている。
【０１３２】
また、図１３は、上記したシミュレーション結果における入力計数率と出力計数率の関係、すなわち計数率特性を示すグラフである。最小積分時間を１００ｎｓに設定した結果、信号パルスのうち前後のパルス間隔がともに１００ｎｓ（合計２００ｎｓ）以上のもののみが検出されるため、出力計数率は５Ｍｃｐｓで飽和している様子が示されている。
【０１３３】
次に、２項近似法、３項近似法、及び多項補正法によるエネルギー算出及びパイルアップ補正の第２のシミュレーション結果について、図１４及び図１５を参照して説明する。ここでは、信号パルスＰのパルス波形について、減衰時定数τ1＝１０００ｎｓの第１指数関数成分、τ2＝２１０ｎｓの第２指数関数成分、及びτ3＝２６ｎｓの第３指数関数成分を強度比３０％：３０％：４０％で含む時間波形を一般波形として仮定した。また、他の条件については、図１２及び図１３の場合と同様である。
【０１３４】
図１４は、入力信号パルスに対して２項近似法、３項近似法、及び多項補正法を用いて求められたエネルギー算出値のＦＷＨＭ及びＦＷＴＭを示すグラフである。ここで、２項近似法においては、補正係数をｘ＝１．７とした。また、３項近似法においては、補正係数をｘ＝２．０とした。また、多項補正法においては、パイルアップ補正に用いる信号パルスの個数をＪ＝５（多項１）及びＪ＝１０（多項２）とした。
【０１３５】
これらのグラフから、図１２に示したグラフと同様に、一般波形のパルス波形を有する信号パルスに対して、２項近似法、３項近似法、または多項補正法を用いてパイルアップ補正を行うことによって、入力信号パルス数の増大に伴うエネルギー分解能の低下が極力抑制されていることがわかる。
【０１３６】
また、２項近似法、３項近似法、Ｊ＝５とした多項補正法、及びＪ＝１０とした多項補正法のそれぞれについて比較すると、パイルアップ補正の項数を多くすることによって、得られるエネルギーの算出値の精度が向上されている。
【０１３７】
また、図１５は、入力信号パルスに対して（ａ）３項近似法、及び（ｂ）Ｊ＝５とした多項近似法を用いて求められたエネルギー算出値の分布を示すグラフである。
【０１３８】
図１５（ａ）及び（ｂ）においては、入力計数率について、（１）０．０１Ｍｃｐｓ、（２）１Ｍｃｐｓ、（３）２Ｍｃｐｓ、（４）３Ｍｃｐｓ、及び（５）４Ｍｃｐｓの５条件でそれぞれシミュレーションを行って得られたエネルギー分布を示している。入力計数率が増大するにつれて、エネルギー分解能がやや低下し、エネルギー分布の中心値がやや高エネルギー側にシフトしているものの、パイルアップ補正によって、エネルギーのシフト及びエネルギー分解能の低下が抑制されていることがわかる。
【０１３９】
ここで、一般波形の場合に適用される２項近似法、３項近似法、及び多項補正法においては、上述したように、パイルアップ補正の項数（パイルアップ補正に用いる信号パルスの個数）を多くすることによって、得られるエネルギーの算出値の精度が向上する。一方、パイルアップ補正の項数が多くなると、エネルギーを算出するための演算が複雑となり、また、ルックアップテーブルを用いる場合には、必要なルックアップテーブルの個数及びデータ量が増大する。このため、パイルアップ補正の項数については、必要とされるエネルギー算出値の精度や予想される信号パルスの入力頻度などから、好適な項数及び補正法を選択して用いることが好ましい。
【０１４０】
また、エネルギー測定においては、連続的に入力される信号パルスＰのそれぞれについて、取得された積分信号強度Ｑ及びパルス間隔Ｔをリストモードでデータ収集しておき、データ収集後またはデータ収集と並行してオフラインでエネルギー算出を行う場合がある。このような場合には、データ収集とは別に、ソフトウエアによってエネルギーを算出するための演算を実行することが可能であり、パイルアップ補正の項数Ｊを多くした条件での多項補正法のような複雑な演算についても適用が可能である。
【０１４１】
このようにオフラインでエネルギー算出を行う場合の装置構成については、上記したエネルギー測定装置１の構成のうち、エネルギー算出部１０を別装置であるエネルギー算出装置（例えばエネルギー算出用のソフトウエアを有するコンピュータ）とする構成が可能である。この場合、エネルギー測定装置１においては、エネルギー算出部１０に代えて、積分信号強度Ｑ及びパルス間隔Ｔなどのデータを所定の記録媒体に記録する記録手段を設けておけば良い。
【０１４２】
また、単一指数関数以外の一般波形に対するエネルギー測定においては、例えば、微分回路などの波形整形回路によって減衰時定数の長い成分を除去しておくなど、パルス波形を整形した後に信号処理を行う構成としても良い。
【０１４３】
なお、発光パルス波形が単一の指数関数で表せる場合、従来の方法としてWongの方法があることをすでに記載したが、これらの方法による効果を比較するため、本発明による単一指数関数補正法、及び上記したWongの方法を用いて、それぞれエネルギー算出及びパイルアップ補正のシミュレーションを行った。ここでは、信号パルスＰのパルス波形について、減衰時定数τ＝３００ｎｓの単一の指数関数成分による時間波形を仮定し、エネルギーは光電子数で２０００とした。また、Wongの方法については、電流信号に含まれる雑音信号の影響を低減するために、信号処理前に平滑回路で信号パルスの平滑化を行うこととし、平滑時間１０ｎｓ（従来１）、２０ｎｓ（従来２）、及び５０ｎｓ（従来３）の３条件でそれぞれシミュレーションを行った。
【０１４４】
図１６は、入力信号パルスに対して単一指数関数補正法、及び従来の補正法であるWongの方法を用いて求められたエネルギー算出値のＦＷＨＭを示すグラフである。これらのグラフから、信号パルスの平滑化とともにWongの方法を用いた場合よりも、単一指数関数補正法の方が、入力計数率の増大に伴うエネルギー分解能の低下の抑制効果が高いことがわかる。
【０１４５】
また、図１７は、入力信号パルスに対して（ａ）単一指数関数補正法、及び（ｂ）Wongの方法を用いて求められたエネルギー算出値の分布を示すグラフである。
図１７（ａ）及び（ｂ）においては、入力計数率について、（１）０．０１Ｍｃｐｓ、（２）１Ｍｃｐｓ、（３）２．５Ｍｃｐｓ、及び（４）５Ｍｃｐｓの４条件でそれぞれシミュレーションを行って得られたエネルギー分布を示している。これらのグラフからも、単一指数関数補正法の方が、入力計数率の増大に伴うエネルギー分解能の低下の抑制効果が高いことがわかる。
【０１４６】
次に、本発明によるエネルギー測定装置の第４実施形態として、パルス波形弁別を用いた場合について説明する。パルス波形弁別（ＰＳＤ：Pulse Shape Discrimination）とは、異なった発光減衰時定数をもつ複数のシンチレータを光電子増倍管に取り付け、どのシンチレータが放射線を検出して発光したかを信号波形の相違から弁別して検出する方法である。たとえば１つの光電子増倍管にγ線用シンチレータと中性子用シンチレータを取り付けて波形弁別を適用すると、γ線と中性子線を同時に弁別して計測することができる。また、シンチレータのなかにはγ線、α線、重粒子線など、検出した放射線の種類によって互いに異なる発光減衰時定数を示すものがある。このようなシンチレータを用いると波形弁別法によって放射線の種類を弁別して計測できる。具体的な波形弁別法として種々の方法がある。以下の例では信号パルスを２つの異なる時間積分して得られる積分値の比が発光減衰時定数によって異なることを利用して波形弁別する方法を用いるが、これに限定されるものではない。
【０１４７】
図１８はこのような波形弁別法を用いた第４実施形態の構成を示すブロック図である。このエネルギー測定装置１は、測定対象となる信号パルスＰとして、異なる減衰時定数τ1、τ2のいずれかを有する単一指数関数波形の２種類の信号パルスが入力される場合において、その信号パルスのエネルギー測定に適用することが可能な構成となっている。
【０１４８】
本実施形態のエネルギー測定装置１の構成は、トリガ信号生成器２１、ゲート信号生成器２２、遅延回路３１、及びゲート積分器３２については、図３に示した実施形態と同様である。
【０１４９】
本実施形態においては、パルス間隔計測器２３に代わって、パルス間隔計測手段としての機能を含むサンプル時間設定部２４が設けられている。サンプル時間設定部２４は、信号パルスＰ0でのパルス間隔Ｔ0を計測するとともに、計測されたパルス間隔Ｔ0に基づいて、信号強度の積分を行うサンプル時間である実効積分時間Ｔ’（式（７）参照）を設定し、ゲート信号生成器２２に指示する。ゲート信号生成器２２は、トリガ信号生成器２１から入力されたトリガ信号、及びサンプル時間設定部２４から指示された実効積分時間Ｔ’に基づいて、信号強度の積分を指示するためのゲート信号を生成する。
【０１５０】
ゲート積分器３２は、ゲート信号の指示に基づいて、遅延回路３１から入力された信号パルスＰ0の信号強度を積分する。ゲート信号によって指示された実効積分時間Ｔ’での積分によって得られる積分信号強度は、サンプルホールド回路及びＡＤＣからなるＡ／Ｄ変換器３３を介して、積分信号強度データＱ0として出力される。
【０１５１】
一方、ゲート積分器３２に対して、各信号パルスＰ0毎に設定される実効積分時間Ｔ’とは別に、積分時間Ｔpが指示されている。この積分時間Ｔpは、想定される実効積分時間Ｔ’よりも短い時間（Ｔ’＞Ｔp）となるように、あらかじめ固定に設定されている。積分時間Ｔpでの積分によって得られる積分信号強度は、サンプルホールド回路及びＡＤＣからなるＡ／Ｄ変換器３４を介して、積分信号強度データＱpとして出力される。
【０１５２】
Ａ／Ｄ変換器３３から出力された積分信号強度Ｑ0、及びＡ／Ｄ変換器３４から出力された積分信号強度Ｑpは、パルス波形弁別器２５に入力される。パルス波形弁別器２５は、積分時間が異なる積分信号強度Ｑ0及びＱpの比Ｑ0／Ｑpを用い、あらかじめ設定された波形弁別条件に基づいて複数種類（ここでは２種類）のパルス波形の弁別を行い、得られた波形弁別結果ｘ0（ｘ0＝１または２）を出力する。
【０１５３】
エネルギー算出部１０は、エネルギー演算器１１と、ルックアップテーブル１２と、２つのバッファメモリ４６、４７とを有して構成されている。エネルギー演算器１１は、測定対象である信号パルスＰ0の入力に対応して、そのエネルギーＥ0を算出するために必要な演算を行う。また、ルックアップテーブル１２には、エネルギー演算器１１で実行される演算において用いられる係数のデータが格納されている。
【０１５４】
各時点で測定対象となっている信号パルスＰ0に対して、Ａ／Ｄ変換器３３から出力された積分信号強度Ｑ0、サンプル時間設定部２４から出力されたパルス間隔Ｔ0、及びパルス波形弁別器２５から出力された波形弁別結果ｘ0は、それぞれエネルギー演算器１１に入力されるとともに、バッファメモリ４６に記憶される。また、バッファメモリ４７には、信号パルスＰ0よりも前の信号パルスＰ1での積分信号強度Ｑ1、パルス間隔Ｔ1、及び波形弁別結果ｘ1が記憶される。これらの各データは、エネルギー演算器１１で行われるエネルギーを算出するための演算に対する入力データとなる。
【０１５５】
図１８に示したエネルギー測定装置１の構成を参照しつつ、パルス波形弁別を伴う場合でのエネルギーＥの算出方法について具体的に説明する。
【０１５６】
測定対象としてエネルギー測定装置１に入力される信号パルスＰについて、異なる減衰時定数τ1、τ2によるパルス波形を有する２種類の信号パルスが存在するものとする。このとき、減衰時定数τk（ｋ＝１または２）の信号パルスに対応するパルス波形ｆk（ｔ）、積分信号強度Ｑk（Ｔ）、及び積分レスポンスＧk（Ｔ）は、それぞれ
【０１５７】
【数１６】
となる。
【０１５８】
また、２つの積分時間のうち長い方の実効積分時間Ｔ’を、リセット時間Ｔr及び最大積分時間Ｔmaxを用いて式（７）によって設定すると、実効積分レスポンスＨk（Ｔ）は、
【０１５９】
【数１７】
と表される。また、短い方の積分時間Ｔpは、上述のようにあらかじめ固定に設定される。
【０１６０】
図１８に示すように、測定対象の信号パルスＰ0及びその前の信号パルスＰ1での波形弁別結果をそれぞれｋ＝ｘ0、ｘ1（いずれも１または２）とする。このとき、信号パルスＰ0に対するパイルアップ補正後のエネルギーＥ0は、以下の式（１８）
【０１６１】
【数１８】
によって求めることができる。
【０１６２】
なお、減衰時定数τ1のパルス波形に対応する係数Ａ1（Ｔ）、Ｂ1（Ｔ）、及び減衰時定数τ2のパルス波形に対応する係数Ａ2（Ｔ）、Ｂ2（Ｔ）については、エネルギー演算器１１においてその都度演算して求めても良い。あるいは、係数Ａ1（Ｔ）、Ｂ1（Ｔ）、Ａ2（Ｔ）、及びＢ2（Ｔ）を求める演算をあらかじめ行ってルックアップテーブル１２を作成しておいても良い。この場合、パルス波形弁別を行わない場合に比べて、２倍の個数及びデータ量のルックアップテーブルを用意する必要がある。
【０１６３】
ここで、パルス波形弁別器２５において行われる、減衰時定数τ1、τ2による２種類のパルス波形を弁別するパルス波形弁別について説明しておく。
【０１６４】
図１９は、信号パルスＰに対してパルス波形弁別を行うための積分時間の設定について示すグラフである。ここで、図１９（ａ）のグラフは、信号強度の時間変化である信号波形を示している。また、図１９（ｂ）のグラフは、図１９（ａ）に示した信号波形を積分した積分信号強度の時間変化である積分波形を示している。
【０１６５】
本実施形態のエネルギー測定装置１においては、図１９に示すように、信号パルスＰ0の信号強度の積分に対して、２つの積分時間Ｔ0’及びＴpが設定される。このうち、長い方の積分時間であるＴ0’は、図５に示したパルス波形弁別を伴わない場合と同様の通常の実効積分時間である。一方、短い方の積分時間であるＴpは、パルス波形弁別のために固定に設定された積分時間である。パルス波形弁別器２５では、長い積分時間Ｔ’で求められた積分信号強度Ｑ0と、短い積分時間Ｔpで求められた積分信号強度Ｑpとを比較することによって、２種類のパルス波形が弁別される。
【０１６６】
図２０は、信号パルスのパルス波形の弁別方法について示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は、個々の信号パルスＰのパルス間隔Ｔに依存して変動する実効積分時間Ｔ’を示し、縦軸は、積分信号強度の比Ｑ0／Ｑpを示している。
【０１６７】
減衰時定数τ1のパルス波形と、減衰時定数τ2のパルス波形とでは、その減衰速度の違いにより、積分時間Ｔ’（Ｔ’＞Ｔp）が等しい場合でも、積分信号強度Ｑ0及びＱpの比Ｒ（Ｔ’）＝Ｑ0／Ｑpが互いに異なる値となる。したがって、この比の値を利用することにより、２種類のパルス波形を弁別することができる。
【０１６８】
図２０のグラフには、減衰時定数τ1のパルス波形での積分信号強度の比Ｒ1（Ｔ’）＝Ｇ1（Ｔ’）／Ｇ1（Ｔp）、及び減衰時定数τ2のパルス波形での積分信号強度の比Ｒ2（Ｔ’）＝Ｇ2（Ｔ’）／Ｇ2（Ｔp）について、それぞれ実効積分時間Ｔ’に対する依存性を示している。
【０１６９】
積分時間がＴ’＝Ｔpであれば、これらの比はＲ1（Ｔ’）＝Ｒ2（Ｔ’）＝１である。そして、実効積分時間Ｔ’が長くなるにしたがって、比Ｒ1（Ｔ’）及びＲ2（Ｔ’）はそれぞれ増大すると同時に、両者の差が増大する。これに対して、比Ｒ1（Ｔ’）及びＲ2（Ｔ’）の差がパルス波形弁別器２５において判別可能となる積分時間によって、実効積分時間Ｔ’に対する最小積分時間Ｔminを設定する。また、比Ｒ1（Ｔ’）及びＲ2（Ｔ’）の２つの曲線の略中心に、波形弁別曲線Ｒp（Ｔ’）を設定しておく。
【０１７０】
これにより、信号パルスＰ0から実際に求められた積分信号強度の比Ｒ（Ｔ’）＝Ｑ0／Ｑpの値に対して、パルス波形弁別器２５において上記した波形弁別曲線Ｒp（Ｔ’）の値と比較を行うことによって、パルス波形を弁別することができる。
【０１７１】
すなわち、求められた比がＱ0／Ｑp＞Ｒpであれば、測定対象となっている信号パルスＰ0は減衰時定数τ1のパルス波形を有するものである。このとき、パルス波形弁別器２５は、波形弁別結果としてｘ0＝１を出力する。一方、Ｑ0／Ｑp＜Ｒpであれば、信号パルスＰ0は減衰時定数τ2のパルス波形を有するものである。このとき、パルス波形弁別器２５は、波形弁別結果としてｘ0＝２を出力する。
【０１７２】
このように、パルス波形弁別を伴ってエネルギー測定を行うことにより、例えばそれぞれ異なる減衰時定数を有する複数のシンチレータからの信号パルスがエネルギーの測定対象として入力されるような場合など、異なるパルス波形の信号パルスが入力される場合において、それぞれのパルス波形に対応する好適な算出方法を用いてエネルギーの算出を行うことができる。
【０１７３】
上記したパルス波形弁別を伴う場合について、エネルギー算出及びパイルアップ補正のシミュレーションを行った。ここでは、信号パルスＰのパルス波形について、それぞれ減衰時定数τ1＝１００ｎｓまたはτ2＝５０ｎｓの単一の指数関数成分による２種類の時間波形を仮定し、これらのパルスは同じ確率でランダムに発生すると仮定した。また、エネルギーは一定（光電子数２０００）とした。また、他の条件については、リセット時間をＴr＝５０ｎｓ、固定の積分時間をＴp＝３０ｎｓ、実効積分時間Ｔ’に対する最小積分時間をＴmin＝５０ｎｓ、最大積分時間をＴmax＝５００ｎｓにそれぞれ設定した。
【０１７４】
図２１は、入力信号パルスに対してパルス波形弁別及びパイルアップ補正を行って求められたエネルギー算出値の分布を示すグラフであり、図２１（ａ）は、積分時間の補正及びパイルアップ補正を行わなかった条件１でのエネルギー分布、図２１（ｂ）は、積分時間の補正のみを行った条件２でのエネルギー分布、図２１（ｃ）は、積分時間の補正及びパイルアップ補正を両方とも行った条件３でのエネルギー分布をそれぞれ示している。
【０１７５】
また、各グラフには、入力計数率について、（１）０．１Ｍｃｐｓ、（２）１Ｍｃｐｓ、（３）２．５Ｍｃｐｓ、及び（４）５Ｍｃｐｓの４条件でそれぞれシミュレーションを行って得られたエネルギー分布を示している。
【０１７６】
まず、パイルアップ補正を行わず、かつ、積分時間の補正を行わずに積分信号強度ＱをそのままエネルギーＥとした図２１（ａ）のグラフでは、入力計数率が増大するにつれて、エネルギー分解能が低下するとともに、積分時間が短くなることによる低エネルギー側の分布、及び信号パルスのパイルアップによる高エネルギー側の分布を生じている。また、積分時間の補正のみを行った図２１（ｂ）のグラフでは、積分時間による低エネルギー側の分布はなくなっているものの、パイルアップによる高エネルギー側の分布は残っている。
【０１７７】
これに対して、積分時間の補正及びパイルアップ補正を両方とも行った図２１（ｃ）のグラフでは、低エネルギー側及び高エネルギー側の分布がいずれも解消されている。また、そのエネルギー分解能も向上されている。
【０１７８】
図２２は、入力信号パルスに対してパイル波形弁別及びパイルアップ補正を行って求められたエネルギー算出値のＦＷＨＭ及びＦＷＴＭを示すグラフであり、図２１と同様に、条件１、２、及び３のそれぞれについて対応するグラフを示している。これらのグラフから、積分時間の補正及びパイルアップ補正を両方とも行った条件３において、入力信号パルス数の増大に伴うエネルギー分解能の低下が極力抑制されていることがわかる。
【０１７９】
また、図２３は、上記したシミュレーション結果における計数率特性を示すグラフである。この場合は最小積分時間を５０ｎｓに設定した結果、出力計数率は１０Ｍｃｐｓで飽和している。
【０１８０】
次に、エネルギー測定装置の第５実施形態として、ガンマカメラやＰＥＴ装置などに用いられる２次元位置検出型の放射線検出器からの信号パルスに対して適用する場合について説明する。ここでは、その一例として、ＰＥＴ装置によく用いられる２次元位置検出型のブロック検出器からの信号パルスに対して適用する場合について述べる。図２４はこのような実施形態の構成を示すブロック図である。ここで用いたブロック検出器は、図２５に示すように、ＢＧＯ（ゲルマニュウム酸ビスマス）などのシンチレータＳＣの結晶を２次元のマトリックス状（例えば８行８列のマトリックス）に配列して、４本の角形光電子増倍管ＰＭＴを光学的に結合したもので、４本の光電子増倍管ＰＭＴからの信号パルスをそれぞれＰA、ＰB、ＰC、及びＰDとし、これらの各信号パルスのエネルギーをそれぞれＥA、ＥB、ＥC、及びＥDとし、それらを合計したエネルギーをＥとすると、γ線を検出したシンチレータのＸ座標及びＹ座標は、それぞれ次式
【０１８１】
【数１９】
によって求められる。なお、４本の光電子増倍管の代わりに一本の位置検出型光電子増倍管を用いてもよい。
【０１８２】
このような装置で信号パルスのパイルアップが起こると、放射線のエネルギーが正しく測定されないのみならず、放射線の検出位置が正しく測定されないために解像力の劣化や画像歪みが発生する。
【０１８３】
本実施形態のエネルギー測定装置１の構成は、基本的には、図４に示した構成を変形したものである。具体的には、トリガ信号生成器２１、ゲート信号生成器２２、及びパルス間隔計測器２３については、図４に示した実施形態と同様である。
【０１８４】
また、測定対象として入力される４つの信号パルスＰA0、ＰB0、ＰC0、及びＰD0に対して、それらの信号パルスを加算して合計の信号パルスＰ0を生成する和回路３５が設けられている。トリガ信号生成器２１には、この和回路３５で生成された信号パルスＰ0が入力される。
【０１８５】
一方、遅延回路３１及びゲート積分器３２については、ＰA0、ＰB0、ＰC0、ＰD0、及びＰ0の５つの信号パルスそれぞれに対応して、遅延回路３１A、３１B、３１C、３１D、及び３１E、ゲート積分器３２A、３２B、３２C、３２D、及び３２Eが設けられている。
【０１８６】
また、エネルギー算出部１０には、バッファメモリ４０及び４１については、信号パルスＰA0、ＰB0、ＰC0、ＰD0、及びＰ0にそれぞれ対応する積分信号強度ＱA0、ＱB0、ＱC0、ＱD0、及びＱ0が記憶されるバッファメモリ４０A、４０B、４０C、４０D、及び４０E、信号パルスＰA1、ＰB1、ＰC1、ＰD1、及びＰ1にそれぞれ対応する積分信号強度ＱA1、ＱB1、ＱC1、ＱD1、及びＱ1が記憶されるバッファメモリ４１A、４１B、４１C、４１D、及び４１Eが設けられている。また、信号パルスＰ0に対応するパルス間隔Ｔ0が記憶されるバッファメモリ４０T、及び信号パルスＰ1に対応するパルス間隔Ｔ1が記憶されるバッファメモリ４１Tが設けられている。
【０１８７】
さらに、エネルギー演算器１１については、信号パルスＰA0、ＰB0、ＰC0、ＰD0、及びＰ0にそれぞれ対応するエネルギー演算器１１A、１１B、１１C、１１D、及び１１Eが設けられている。なお、この図２４においては、エネルギー算出部１０に設けられるルックアップテーブル１２については、図示を省略している。
【０１８８】
以上の構成において、信号パルスＰA0は、遅延回路３１A、ゲート積分器３２A、バッファメモリ４０A、４１A、及びエネルギー演算器１１Aによって信号処理され、対応するエネルギーＥA0が算出される。また、信号パルスＰB0は、遅延回路３１B、ゲート積分器３２B、バッファメモリ４０B、４１B、及びエネルギー演算器１１Bによって信号処理され、対応するエネルギーＥB0が算出される。また、信号パルスＰC0は、遅延回路３１C、ゲート積分器３２C、バッファメモリ４０C、４１C、及びエネルギー演算器１１Cによって信号処理され、対応するエネルギーＥC0が算出される。また、信号パルスＰD0は、遅延回路３１D、ゲート積分器３２D、バッファメモリ４０D、４１D、及びエネルギー演算器１１Dによって信号処理され、対応するエネルギーＥD0が算出される。
【０１８９】
また、信号パルスＰA0、ＰB0、ＰC0、及びＰD0が加算された信号パルスＰ0は、遅延回路３１E、ゲート積分器３２E、バッファメモリ４０E、４１E、及びエネルギー演算器１１Eによって信号処理され、対応する全体のエネルギーＥ0が算出される。そして、これらのエネルギーＥA0、ＥB0、ＥC0、ＥD0、及びＥ0から、式（１９）を用いてγ線を検出したシンチレータの位置が求められる。
【０１９０】
ただし、このようにして得られるＸ座標及びＹ座標は必ずしもシンチレータの正確なＸ座標及びＹ座標に比例しておらず、かつ統計雑音を含んでいる。一方、シンチレータの正確な位置はその配列から複数の位置のいずれかであることが判っているので、あらかじめ用意されたルックアップテーブルによって、測定された座標値を正しい座標値に変換する必要がある。また、エネルギーＥ0は検出された放射線のエネルギーに相当するので、この信号を波高分析することによって放射線のエネルギー選別を行う。
【０１９１】
本発明によるエネルギー測定方法及び測定装置は、上記した実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、信号パルスのパイルアップ補正については、上述した単一指数関数補正法、２項近似法、３項近似法、及び多項補正法に限らず、積分信号強度、パルス間隔、及びエネルギーを用いるものであれば、具体的なパルス波形等に応じて様々な補正法を用いて良い。
【０１９２】
また、エネルギー算出部１０に設けるバッファメモリの構成については、パイルアップ補正で使用されるデータに応じて適宜構成を変更することが好ましい。
【０１９３】
【発明の効果】
本発明によるエネルギー測定方法及び測定装置は、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、測定対象の信号パルスでの積分信号強度及びパルス間隔からエネルギーを算出するとともに、その信号パルスよりも前に入力された信号パルスでの積分信号強度またはエネルギーの少なくとも一方及びパルス間隔からパイルアップ補正を行うエネルギー測定方法及び測定装置によれば、信号パルスにパイルアップされた他の信号パルスの影響を除外して、個々の信号パルスのエネルギーを正しくかつ精度良く測定することができる。
【０１９４】
このような信号パルスのパイルアップの問題は、様々な形態の放射線検出器その他の装置において生じるものである。したがって、上記したエネルギー測定方法及び測定装置は、放射線のエネルギーや放射線の検出位置に関する情報の測定が必要な様々な装置、例えばシンチレーション検出器、エネルギースペクトロメータ、放射線位置検出器、ガンマカメラ、ＳＰＥＣＴ装置、及びＰＥＴ装置など、に対して広く適用することが可能であり、これらの装置のエネルギー分解能や解像力を高い計数率においても良好に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エネルギーの測定対象となる信号パルスのパルス波形の一例を模式的に示すグラフである。
【図２】信号パルスのパイルアップの発生について示すグラフである。
【図３】エネルギー測定装置の第１実施形態の構成を示すブロック図である。
【図４】エネルギー測定装置の第２実施形態の構成を示すブロック図である。
【図５】信号パルスのパルス波形に対するパルス間隔及び実効積分時間について示すグラフである。
【図６】信号パルスのパルス波形の他の例を模式的に示すグラフである。
【図７】エネルギー測定装置の第３実施形態の構成を示すブロック図である。
【図８】エネルギー算出部の構成の例を示すブロック図である。
【図９】エネルギー算出部の構成の例を示すブロック図である。
【図１０】入力信号パルスに対して単一指数関数補正法を用いて求められたエネルギー算出値の分布を示すグラフである。
【図１１】入力信号パルスに対して単一指数関数補正法を用いて求められたエネルギー算出値のＦＷＨＭ及びＦＷＴＭを示すグラフである。
【図１２】入力信号パルスに対して２項近似法、３項近似法、及び多項補正法を用いて求められたエネルギー算出値のＦＷＨＭ及びＦＷＴＭを示すグラフである。
【図１３】入力信号パルス数と出力数との相関について示すグラフである。
【図１４】入力信号パルスに対して２項近似法、３項近似法、及び多項補正法を用いて求められたエネルギー算出値のＦＷＨＭ及びＦＷＴＭを示すグラフである。
【図１５】入力信号パルスに対して（ａ）３項近似法、及び（ｂ）多項近似法を用いて求められたエネルギー算出値の分布を示すグラフである。
【図１６】入力信号パルスに対して単一指数関数補正法、及び従来の補正法を用いて求められたエネルギー算出値のＦＷＨＭを示すグラフである。
【図１７】入力信号パルスに対して（ａ）単一指数関数補正法、及び（ｂ）従来の補正法を用いて求められたエネルギー算出値の分布を示すグラフである。
【図１８】エネルギー測定装置の第４実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１９】信号パルスに対してパルス波形弁別を行うための積分時間の設定について示すグラフである。
【図２０】信号パルスのパルス波形の弁別方法について示すグラフである。
【図２１】入力信号パルスに対してパルス波形弁別及びパイルアップ補正を行って求められたエネルギー算出値の分布を示すグラフである。
【図２２】入力信号パルスに対してパルス波形弁別及びパイルアップ補正を行って求められたエネルギー算出値のＦＷＨＭ及びＦＷＴＭを示すグラフである。
【図２３】入力信号パルス数と出力数との相関について示すグラフである。
【図２４】エネルギー測定装置の第５実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２５】２次元位置検出型のＰＥＴ用ブロック検出器の構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…エネルギー測定装置、１０…エネルギー算出部、１１…エネルギー演算器、１２…ルックアップテーブル、４０、４１、４２、４５、４６、４７、５０…バッファメモリ、
２１…トリガ信号生成器、２２…ゲート信号生成器、２３…パルス間隔計測器、２４…サンプル時間設定部、２５…パルス波形弁別器、３１…遅延回路、３２…ゲート積分器、３３、３４…Ａ／Ｄ変換器、３５…和回路。
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力された信号パルスのパルス波形に対し、その信号強度を積分して信号パルスのエネルギーを測定するエネルギー測定方法及び測定装置に関するものである。本発明は放射線のエネルギー計測や線量計測のみならず、放射線の検出位置情報や放射線画像の計測などにも広く応用され、とくに核医学診断に用いられるガンマカメラ、ＳＰＥＣＴ(Single photon emission computed tomography)装置、ＰＥＴ(Positron emission tomography)装置などにも応用される。
【０００２】
【従来の技術】
γ線や荷電粒子などの放射線（エネルギー線）について測定を行う場合、放射線の検出には、例えばシンチレータを用いたシンチレーション検出器などの放射線検出器が用いられる。そして、放射線検出器から出力された検出信号に対して、所定の信号処理あるいはさらに演算処理等を行うことにより必要な情報が得られる。
【０００３】
例えば、シンチレーション検出器では、シンチレータ中で発生するパルス状のシンチレーション光によって、シンチレータに入射した放射線を検出する。このシンチレーション光による光信号パルスは、光電子増倍管などの光検出器で電気信号パルスに変換される。すなわち、シンチレーション光が光電子増倍管の光電面に入射するとその光電面から光強度に比例して複数の光電子を発生し、この光電子は第一ダイノードに集められたのち、順次後続のダイノードによって増倍され、パルス信号（電流信号）となって出力される。
【０００４】
一般に、放射線検出器に使用されるシンチレータのシンチレーション光は例えば指数関数的に信号強度が減衰するようなパルス波形を有する。そして、第一ダイノードに集められる光電子の総数がシンチレータに吸収された放射線のエネルギーに対応する。そこで放射線のエネルギーを計測するには、光電子増倍管からの出力信号を適当な時間間隔にわたって積分する必要がある。一般に１つの信号パルスによって、第一ダイノードに集められる光電子の総数は十分大きくないので、上記の積分時間はシンチレーション光の大部分を積分するように設定するのが好ましい。この積分時間が短い場合には集められる光電子数が減少するため、その統計的な変動によって、エネルギー分解能が低下する。
【０００５】
放射線検出器による放射線の単位時間当たりの検出数（計数率）が高い状態で測定が行われると、信号パルス間のパルス間隔が、個々の信号パルスのパルス幅と同程度またはそれよりも短い時間間隔となる確率が増大し、２以上の信号パルスが互いに時間的に重なり合う、いわゆる「パイルアップ」が発生する。このとき、エネルギーを測定しようとする信号パルスに対して信号強度（電流信号）の積分を行うと、その信号パルスにパイルアップしている他の信号パルスの信号強度が同時に積分されてしまい、測定対象となっている信号パルスのエネルギーを正しく測定することができないという問題を生じる。
【０００６】
パルス波形が１つの指数関数で表される場合、パイルアップによる誤差を少なくするために従来からよく用いられる比較的簡単な方法は、デレイライン・クリッピング法によってパルスの時間幅を短縮し、積分時間をそのパルス時間幅にほぼ等しく設定する方法である。この場合、パルスの時間幅を短くするほど積分時間も短くすることができ、高い計数率においてパイルアップを生ずる確率が減少し、計数率特性を向上することができるが、その代わり、各信号パルスごとに光電子増倍管の第一ダイノードに集められる光電子数が減少し、パイルアップが発生しないような低い計数率においてもエネルギー分解能が低下する欠点があった。
【０００７】
これを改良する従来技術の１つとして、Tanakaらの方法（文献１：Nucl. Instr. Meth. Vol. 158, pp. 459-466, 1979）では、上記のようにデレイライン・クリッピング法によってパルスの時間幅を短縮するが、積分時間を後続パルスの発生によって制御し、後続パルスが発生しない範囲において十分長くすることによって、低い計数率におけるエネルギー分解能の低下を避けている。
【０００８】
また、Kolodziejczykの方法（文献２：米国特許第５４３０４０６号公報）では、パルス信号（電流信号）とそれを時間的に積分した積分信号とを適当な荷重で加算することによって、時間的に一定で、かつ振幅がエネルギーに比例するような加算信号を発生させ、この加算信号の振幅をサンプリングして測定する方法が用いられている。測定対象の信号パルスの加算信号を後続の信号パルスが到来する直前にサンプリングし、その値を計測することによって、後続の信号パルスのパイルアップの影響を除去することができるが、前の信号パルスのパイルアップの影響を除去することはできない。
【０００９】
さらに、他の方法として、Wongの方法（文献３：国際特許ＷＯ９８／５０８０２号公報）がある。この方法は、上記したKolodziejczykの方法と同様に電流信号と積分信号の加算信号を測定する方法を用いているが、さらに測定対象の信号パルスより以前に到来したすべての信号パルスの影響も補正するように改良したものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
シンチレーション検出器などの放射線検出器を利用して放射線を計測する場合、計数率が高くなって信号パルスのパイルアップが起こると、エネルギーの測定値に誤差を生じたり、エネルギー分解能が低下する。シンチレーション検出器を利用したガンマカメラ、ＳＰＥＣＴ装置、ＰＥＴ装置などの放射線画像計測装置において信号パルスのパイルアップが起こると、放射線エネルギーのみならず、放射線の検出位置を示す位置信号も正しく計測されないので、得られる放射線画像の解像力が低下したり画像に歪みを生じたりする。これらの高計数率における問題は従来のパイルアップ補正法によってある程度防ぐことができるが、不十分であった。
【００１１】
すなわち、前記したようにデレイライン・クリッピング法によってパルス幅を短縮する方法では、パイルアップが発生しないような低い計数率においてもエネルギー分解能や画像解像力が低下する欠点があった。Tanakaらの方法でも、高い計数率まで測定できるようにパルス幅を極端に短かくすると高い計数率での分解能が低下する。電流信号と積分信号とを適当な荷重で加算した信号を用いるKolodziejczykの方法およびWongの方法では、信号パルスの電流信号が時間の経過とともに統計的に激しく変動するために、計数率の増大とともにエネルギー分解能や画像解像力が大きく低下する欠点があった。また、これらの方法はすべてシンチレーションのパルス波形が単一の指数関数で近似できる場合にのみ応用することができ、それ以外の場合、例えば減衰時定数の異なる２つ以上の指数関数の和として近似されるような場合には適用できないという欠点があった。
【００１２】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、高い計数率においても、個々の信号パルスのエネルギーを正しくかつ精度良く測定することが可能なエネルギー測定方法及び測定装置を提供し、放射線計測や放射線画像計測の性能を向上することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明によるエネルギー測定方法は、測定対象の信号パルスのパルス波形に対し、その信号強度を積分して信号パルスのエネルギーを測定するエネルギー測定方法であって、（１）入力された信号パルスに対し、信号パルスから次の信号パルスまでの時間間隔であるパルス間隔を取得するパルス間隔取得ステップと、（２）パルス間隔に対応するように設定された所定の積分時間で、信号パルスの信号強度を積分して積分信号強度を取得する積分強度取得ステップと、（３）積分強度取得ステップで取得された積分信号強度、及びパルス間隔取得ステップで取得されたパルス間隔から、信号パルスの全積分強度に対応するエネルギーを算出するエネルギー算出ステップとを備え、（４）エネルギー算出ステップにおいて、測定対象の信号パルスでの積分信号強度及びパルス間隔から算出された補正前のエネルギーに対して、該信号パルスよりも前に入力された信号パルスでの積分信号強度またはエネルギーの少なくとも一方及びパルス間隔からパイルアップ補正を行って、補正後のエネルギーを算出することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明によるエネルギー測定装置は、測定対象の信号パルスのパルス波形に対し、その信号強度を積分して信号パルスのエネルギーを測定するエネルギー測定装置であって、（ａ）入力された信号パルスを分岐した一方を入力し、信号パルスに対応するトリガ信号を生成するトリガ信号生成手段と、（ｂ）トリガ信号生成手段からのトリガ信号を入力し、トリガ信号に基づいて、信号強度の積分を指示するためのゲート信号を生成するゲート信号生成手段と、（ｃ）トリガ信号生成手段からのトリガ信号を入力し、信号パルスでのパルス間隔として、トリガ信号から次のトリガ信号までの時間間隔を計測するパルス間隔計測手段と、（ｄ）入力された信号パルスを分岐した他方を入力し、所定の遅延時間だけ遅延させる遅延手段と、（ｅ）遅延手段で遅延された信号パルス、及びゲート信号生成手段からのゲート信号を入力し、ゲート信号の指示に基づいて設定された所定の積分時間で、信号パルスの信号強度を積分して積分信号強度を取得するゲート積分手段と、（ｆ）ゲート積分手段で取得された積分信号強度、及びパルス間隔計測手段で計測されたパルス間隔から、信号パルスの全積分強度に対応するエネルギーを算出するエネルギー算出手段とを備え、（ｇ）エネルギー算出手段は、測定対象の信号パルスでの積分信号強度及びパルス間隔から算出された補正前のエネルギーに対して、該信号パルスよりも前に入力された信号パルスでの積分信号強度またはエネルギーの少なくとも一方及びパルス間隔からパイルアップ補正を行って、補正後のエネルギーを算出することを特徴とする。
【００１５】
上記したエネルギー測定方法及び測定装置においては、測定対象として入力された信号パルスに対して、パルス波形、すなわち信号強度の時間変化（電流信号）からエネルギーを求めるとともに、その信号パルスよりも前に入力された他の信号パルスに対して先に取得されたデータを用いて、パイルアップ補正を行っている。これにより、信号パルスにパイルアップされた他の信号パルスの影響を除外して、個々の信号パルスのエネルギーを正しく測定することができる。
【００１６】
また、信号パルスに対する補正前のエネルギーの算出及びパイルアップ補正に用いるデータとして、雑音信号などの影響が大きい信号パルス（電流信号）を直接に用いず、積分信号強度、パルス間隔、及びそれらから求められたエネルギーを用いている。これにより、信号パルスのエネルギーを精度良く測定することができる。以上より、信号パルス間のパルス間隔が短く、信号パルスにパイルアップを生じている場合であっても、個々の信号パルスのエネルギーを正しくかつ精度良く測定することが可能なエネルギー測定方法及び測定装置が実現される。
【００１７】
また、エネルギー測定装置は、エネルギー算出手段が、パイルアップ補正の演算を含むエネルギーを算出するための演算を行うエネルギー演算手段と、測定対象の信号パルスでの積分信号強度及びパルス間隔を記憶する第１バッファメモリと、該信号パルスよりも前に入力された信号パルスでの積分信号強度またはエネルギーの少なくとも一方及びパルス間隔を記憶する第２バッファメモリとを有することを特徴とする。
【００１８】
このような構成により、バッファメモリに記憶された各データを参照しつつ、エネルギーを算出するための演算を確実に行うことができる。
【００１９】
具体的なエネルギーの算出方法については、エネルギー測定方法（エネルギー測定装置）は、エネルギー算出ステップにおいて、（エネルギー算出手段が、）パルス間隔Ｔに基づいて決定される係数Ａ（Ｔ）及びＢ（Ｔ）を用い、時刻ｔ0に入力された信号パルスＰ0のエネルギーＥ0を、信号パルスＰ0での積分信号強度Ｑ0及びパルス間隔Ｔ0と、時刻ｔ1（ｔ1＜ｔ0）に連続して入力された信号パルスＰ1での積分信号強度Ｑ1及びパルス間隔Ｔ1とから、次式
Ｅ0＝Ｑ0・Ａ（Ｔ0）−Ｑ1・Ｂ（Ｔ1）
により算出することを特徴とする。
【００２０】
このような算出方法は、例えば、信号パルスのパルス波形が単一の指数関数によって表される場合の単一指数関数補正法において適用することが可能である。あるいは、パルス波形が単一の指数関数以外の一般波形によって表される場合の２項近似法においても適用することが可能である。
【００２１】
あるいは、エネルギー測定方法（エネルギー測定装置）は、エネルギー算出ステップにおいて、（エネルギー算出手段が、）測定対象の信号パルスよりも前に入力された信号パルスのうちでパイルアップ補正に用いる信号パルスの個数をＪ個（Ｊ＝１以上の整数）とするとともに、パルス間隔Ｔに基づいて決定される係数Ｃ0（Ｔ）及びＣj（Ｔ）（ｊ＝１、…、Ｊ）を用い、時刻ｔ0に入力された信号パルスＰ0のエネルギーＥ0を、信号パルスＰ0での積分信号強度Ｑ0及びパルス間隔Ｔ0と、それぞれ時刻ｔj（ｔj＜ｔj-1）に連続して入力されたＪ個の信号パルスＰjでのエネルギーＥj及びパルス間隔Ｔjとから、次式
Ｅ0＝Ｑ0・Ｃ0（Ｔ0）
−Σj=1…JＥj・Ｃj（Ｔj）
により算出することを特徴とする。
【００２２】
このような算出方法は、例えば、信号パルスのパルス波形が単一の指数関数以外の一般波形によって表される場合の多項補正法において適用することが可能である。
【００２３】
あるいは、エネルギー測定方法（エネルギー測定装置）は、エネルギー算出ステップにおいて、（エネルギー算出手段が、）パルス間隔Ｔに基づいて決定される係数Ｄ0（Ｔ）、Ｄ1（Ｔ）及びＤ2（Ｔ）を用い、時刻ｔ0に入力された信号パルスＰ0のエネルギーＥ0を、信号パルスＰ0での積分信号強度Ｑ0及びパルス間隔Ｔ0と、時刻ｔ1（ｔ1＜ｔ0）に連続して入力された信号パルスＰ1でのエネルギーＥ1及びパルス間隔Ｔ1と、時刻ｔ2（ｔ2＜ｔ1）に連続して入力された信号パルスＰ2での積分信号強度Ｑ2及びパルス間隔Ｔ2とから、次式
Ｅ0＝Ｑ0・Ｄ0（Ｔ0）
−Ｅ1・Ｄ1（Ｔ1）−Ｑ2・Ｄ2（Ｔ2）
により算出することを特徴とする。
【００２４】
このような算出方法は、例えば、信号パルスのパルス波形が単一の指数関数以外の一般波形によって表される場合の３項近似法において適用することが可能である。
【００２５】
また、エネルギー測定方法は、エネルギー算出ステップにおいて、パルス間隔Ｔに基づいて決定され、エネルギーの算出に用いられる係数のそれぞれについて、複数のパルス間隔の値に対してあらかじめ求められた係数の値から作成されたルックアップテーブルを用いることを特徴とする。
【００２６】
同様に、エネルギー測定装置は、エネルギー算出手段が、パルス間隔Ｔに基づいて決定され、エネルギーの算出に用いられる係数のそれぞれについて、複数のパルス間隔の値に対してあらかじめ求められた係数の値から作成されたルックアップテーブルを有することを特徴とする。
【００２７】
このような構成により、ルックアップテーブルにあらかじめ用意された係数の値を参照しつつ、エネルギーを算出するための演算を効率的に行うことができる。ただし、これらの係数については、エネルギー算出手段でその都度求めることとしても良い。
【００２８】
また、エネルギー測定方法は、信号パルスのパルス波形をあらかじめ設定された波形弁別条件に基づいて複数種類のパルス波形に弁別するパルス波形弁別ステップをさらに備え、エネルギー算出ステップにおいて、パルス波形弁別ステップで弁別されたパルス波形の種類に対応した算出方法を用いてエネルギーを算出することを特徴とする。
【００２９】
同様に、エネルギー測定装置は、信号パルスのパルス波形をあらかじめ設定された波形弁別条件に基づいて複数種類のパルス波形に弁別するパルス波形弁別手段をさらに備え、エネルギー算出手段が、パルス波形弁別手段で弁別されたパルス波形の種類に対応した算出方法を用いてエネルギーを算出することを特徴とする。
【００３０】
これにより、互いに異なる複数種類のパルス波形のいずれかを有する信号パルスがエネルギーの測定対象となるような場合において、入力された信号パルスに対して、それぞれのパルス波形に対応する好適な算出方法を用いてエネルギーの算出を行うことができる。
【００３１】
また、エネルギー測定装置は、ゲート積分手段において信号パルスの信号強度を積分する積分時間を、測定対象の信号パルスそれぞれに対して、あらかじめ設定された最大積分時間Ｔmax、及びパルス間隔Ｔからゲート積分手段のリセット時間Ｔrを引いた時間Ｔ−Ｔrのうちの短い時間である実効積分時間Ｔ’
Ｔ’＝ｍｉｎ（Ｔmax，Ｔ−Ｔr）
として設定することを特徴とする。
【００３２】
これにより、積分時間が長時間にわたることを防止するとともに、信号パルスそれぞれでのパルス間隔に応じて好適な積分時間を設定して、算出されるエネルギーの精度を極力向上させることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、図面とともに本発明によるエネルギー測定方法及び測定装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００３４】
まず、本発明によるエネルギー測定方法及び測定装置における測定対象となる信号パルスの例として、図１及び図２に示す時間波形のグラフを用いて、放射線検出器として用いられるシンチレーション検出器から検出信号として出力される信号パルスについて説明する。
【００３５】
図１は、シンチレーション検出器から放射線検出に対応して出力される信号パルスについて、そのパルス波形である信号強度の時間波形（電流信号波形）の一例を模式的に示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は時間ｔを、また、縦軸は各時刻における信号パルスの信号強度（電流値）を示している。
【００３６】
シンチレーション検出器では、シンチレータ中で発生するシンチレーション光による光信号パルスに応じて、シンチレータに接続された光検出器から電気信号パルスＰが出力される。この信号パルスＰは、一般に、シンチレーション光の発生時刻に対応する時刻に立ち上がった信号強度が、ある程度のパルス時間幅にわたる時間的な広がりを持って減衰するパルス波形を有する。
【００３７】
具体的には、信号パルスＰのパルス波形は、例えば、図１に示すように、信号強度が立ち上がり時刻で立ち上がった後に、時間ｔの経過とともに単一の指数関数にしたがって減衰する時間波形ｆ（ｔ）
【００３８】
【数１】
【００３９】
信号パルスＰに対してエネルギーＥの測定を行う場合、信号パルスＰのパルス幅や減衰時定数τに応じて好適な積分時間を設定し、設定された積分時間にわたって、パルス波形ｆ（ｔ）での信号強度を積分する。信号パルスＰの立ち上がり時刻から信号強度の積分を行う積分時間をＴとすると、得られる積分電荷量である積分信号強度Ｑ（Ｔ）は、次式
【００４０】
【数２】
【００４１】
この積分信号強度Ｑ（Ｔ）は、図１中において斜線を付して示した範囲での信号強度の積分値に相当し、積分時間Ｔを長くするにしたがって、全積分強度である信号パルスＰのエネルギーＥに近付く。表式上の便利のため、積分レスポンスＧ（Ｔ）を
【００４２】
【数３】
【００４３】
図２は、信号パルスのパイルアップの発生について示すグラフである。このような信号パルスのパイルアップは、例えば、シンチレーション検出器における放射線の単位時間当りの検出数（計数率）が高く、信号パルス間のパルス時間間隔が短くなった場合に発生する。すなわち、信号パルス間のパルス間隔が、個々の信号パルスのパルス幅と同程度またはそれよりも短くなると、図２（ａ）の時間波形のグラフに示すように、２以上の信号パルスＰのパルス波形が互いに重なり合うパイルアップを生じる。
【００４４】
図２（ａ）のグラフにおいては、エネルギーを測定しようとする信号パルスとして図示した信号パルスＰ0のパルス波形に対し、信号パルスＰ0よりも前の連続する２つの信号パルスＰ1、Ｐ2について、それぞれ同様にパルス波形を示している。これらの信号パルスＰ1及びＰ2は、いずれも測定対象の信号パルスＰ0に対してパイルアップしている。
【００４５】
ここで、図２（ａ）に示すように、これらの信号パルスそれぞれの立ち上がり時刻について、信号パルスＰ0の立ち上がり時刻を０として、信号パルスＰ1の立ち上がり時刻を−ｔ1、信号パルスＰ2の立ち上がり時刻を−ｔ2（−ｔ2＜−ｔ1＜０）とする。また、対象とする信号パルスから次の信号パルスまでのパルス間隔について、信号パルスＰ2でのパルス間隔をＴ2、信号パルスＰ1でのパルス間隔をＴ1、信号パルスＰ0でのパルス間隔をＴ0とする。
【００４６】
これらの信号パルスのパルス波形に対し、信号パルスＰi（ｉ＝２、１、０）のそれぞれについて、次の信号パルスまでのパルス間隔Ｔiを積分時間として信号強度の積分を行うとする。このとき、信号パルスＰ0に対する積分信号強度として、積分時間Ｔ0にわたって積分した積分信号強度Ｑ0（Ｔ0）が得られる（図２（ａ）中において斜線を付して示した範囲での積分値）。同様に、信号パルスＰ1、Ｐ2に対する積分信号強度として、積分時間Ｔ1、Ｔ2にわたって積分した積分信号強度Ｑ1（Ｔ1）、Ｑ2（Ｔ2）がそれぞれ得られる。
【００４７】
測定しようとする信号パルスＰ0のエネルギーＥ0は、図２（ｂ）中において斜線を付して示すように、信号パルスＰ0のパルス波形に含まれる信号強度の全体を積分した積分信号強度に相当する。ここで、信号パルスの頻度が低くパイルアップが発生していない場合には、測定対象としている信号パルスのパルス波形ｆ（ｔ）が既知であれば、上記した式（２）を用いて、積分信号強度Ｑ0、及び積分時間であるパルス間隔Ｔ0から、信号パルスＰ0のエネルギーをＥ0＝Ｑ0／Ｇ（Ｔ0）と求めることができる。
【００４８】
一方、信号パルスのパイルアップが発生している場合には、信号パルスＰ0に対して実際に得られる積分信号強度Ｑ0は、図２（ａ）に示すように、信号パルスＰ0自体の信号強度の積分値に加えて、信号パルスＰ0よりも前の信号パルスで信号パルスＰ0にパイルアップしている他の信号パルスＰ1、Ｐ2の信号強度の積分値を含んでいる。このとき、積分信号強度Ｑ0は、信号パルスＰ0の信号強度、及びその全積分強度であるエネルギーＥ0と直接には対応しない。したがって、この積分信号強度Ｑ0をそのまま用いたのでは、信号パルスＰ0のエネルギーＥ0を正しく測定することができない。
【００４９】
以上より、信号パルスのパイルアップが発生した場合、信号パルスＰのエネルギーＥを正しく測定するためには、エネルギーＥを算出する際に、測定対象の信号パルスＰにパイルアップしている他の信号パルスの影響を除去するパイルアップ補正を行う必要がある。
【００５０】
本発明によるエネルギー測定方法及び測定装置は、このようなパイルアップ補正を所定の方法及び構成を用いて行うことにより、信号パルスのパイルアップが発生している場合であっても、個々の信号パルスのエネルギーを正しくかつ精度良く測定することを可能とするものである。
【００５１】
図３は、本発明によるエネルギー測定装置の第１実施形態の構成を示すブロック図である。本エネルギー測定装置１は、測定対象として入力された信号パルスＰのパルス波形に対し、その信号強度を積分することによって信号パルスＰのエネルギーＥを測定するエネルギー測定回路（信号処理回路）であり、信号パルスＰのエネルギーＥを算出するための演算等を行うエネルギー算出部１０を含んで構成されている。
【００５２】
エネルギー測定の測定対象となる信号パルスＰ、例えば図１及び図２に示したシンチレーション検出器からの検出信号の電気信号パルスは、エネルギー測定装置１に入力され、２つの信号パルスに分岐される。
【００５３】
分岐された一方の信号パルスは、トリガ信号生成器２１へと入力される。トリガ信号生成器２１は、信号パルスＰに対応するトリガ信号を生成する。具体的には、例えば、入力された信号パルスＰのパルス波形に対して、信号強度の下限値となるスレッショルドをあらかじめ設定しておき、信号パルスＰの信号強度がスレッショルドを超えたときに、その信号パルスＰに対応するトリガ信号を生成して出力する。
【００５４】
トリガ信号生成器２１から出力されたトリガ信号は、ゲート信号生成器２２及びパルス間隔計測器２３へと入力される。ゲート信号生成器２２は、トリガ信号に基づいて、信号パルスＰに対する信号強度の積分を指示（例えば積分のＯＮ／ＯＦＦを指示）するためのゲート信号を生成する。また、パルス間隔計測器２３は、測定しようとする信号パルスＰから次の信号パルスまでのパルス間隔Ｔとして、トリガ信号から次のトリガ信号までの時間間隔を計測する。
【００５５】
一方、分岐された他方の信号パルスは、遅延回路３１へと入力される。遅延回路３１は、ゲート信号による指示に基づいて信号強度の積分を行うため、入力された信号パルスＰを所定の遅延時間だけ遅延させて出力する。
【００５６】
遅延回路３１によって遅延された信号パルスＰは、ゲート積分器３２へと入力される。また、このゲート積分器３２には、ゲート信号生成器２２からのゲート信号も入力されている。ゲート積分器３２は、このゲート信号の指示に基づいて設定された所定の積分時間によって、遅延回路３１から入力された信号パルスＰの信号強度を積分し、得られた積分信号強度Ｑを出力する。
【００５７】
信号パルスＰのエネルギーＥを算出するエネルギー算出部１０には、上記したゲート積分器３２で取得された積分信号強度Ｑと、パルス間隔計測器２３で計測されたパルス間隔Ｔとが入力される。エネルギー算出部１０は、信号パルスＰにパイルアップされた他の信号パルスの影響が除去されるようにパイルアップ補正を行いつつ、積分信号強度Ｑ及びパルス間隔Ｔから、信号パルスＰの全積分強度に対応するエネルギーＥを算出する。
【００５８】
本実施形態のエネルギー測定装置１によって実行される信号パルスＰのエネルギー測定方法は、概略以下の通りである（図２（ａ）参照）。
【００５９】
まず、エネルギー測定装置１に測定対象として入力された信号パルスＰ0に対して、パルス間隔計測器２３において、その信号パルスＰ0から次の信号パルスまでのパルス間隔Ｔ0を取得する（パルス間隔取得ステップ）。また、ゲート積分器３２において、ゲート信号の指示に基づいてパルス間隔Ｔ0に対応するように設定された所定の積分時間で、信号パルスＰ0の信号強度を積分して積分信号強度Ｑ0を取得する（積分強度取得ステップ）。
【００６０】
そして、これらの積分信号強度Ｑ0及びパルス間隔Ｔ0から、エネルギー算出部１０において、信号パルスＰ0のエネルギーＥ0を算出する（エネルギー算出ステップ）。
【００６１】
このとき、測定しようとする信号パルスＰ0での積分信号強度Ｑ0及びパルス間隔Ｔ0から算出された補正前のエネルギーに対して、その信号パルスＰ0よりも前に入力された信号パルス（例えば信号パルスＰ1）について先に取得されている積分信号強度（例えば積分信号強度Ｑ1）またはエネルギー（例えばエネルギーＥ1）の少なくとも一方及びパルス間隔（例えばパルス間隔Ｔ1）を用いてパイルアップ補正を行う。これにより、信号パルスＰ0にパイルアップされた他の信号パルスの影響が極力除去された補正後のエネルギーＥ0が算出されて、エネルギー測定装置１から出力される。
【００６２】
上述したエネルギー測定装置及び測定方法の効果について説明する。
【００６３】
本実施形態のエネルギー測定装置１及びエネルギー測定方法においては、測定対象として入力された信号パルスＰに対して、パルス波形、すなわち信号強度の時間変化からエネルギーＥを求めるとともに、その信号パルスＰよりも前に入力された他の信号パルスに対して先に取得されているデータを用いて、パイルアップ補正を行っている。これにより、信号パルスＰにパイルアップされた他の信号パルスの影響を除外して、個々の信号パルスＰのエネルギーＥを正しく測定することができる。
【００６４】
また、信号パルスＰに対する補正前のエネルギーの算出及びパイルアップ補正に用いるデータとして、信号パルスＰに発生する雑音信号などの影響が大きい信号パルスＰの信号強度を直接に用いず、ゲート積分器３２によって信号強度が積分された積分信号強度Ｑ、パルス間隔計測器２３で計測されたパルス間隔Ｔ、及びそれらから求められたエネルギーＥをエネルギー算出に用いている。これにより、信号パルスＰのエネルギーＥを精度良く測定することができる。
【００６５】
以上より、信号パルス間のパルス間隔が短く、信号パルス同士にパイルアップを生じている場合であっても、個々の信号パルスのエネルギーを正しくかつ精度良く測定することが可能なエネルギー測定方法及び測定装置が実現される。このような方法は、信号パルスのパルス波形が単一の指数関数で表される場合に限らず、一般的な時間波形に対して、広い範囲で適用が可能である。
【００６６】
なお、エネルギー測定装置１に含まれる各回路要素等については、必要に応じて、様々なものを用いて良い。ゲート積分器３２による信号強度の積分については、アナログ演算で電流信号を積分しても良いし、あるいは、連続的なサンプリングによって信号波形をデジタル化した後に、デジタル演算で積分を行う構成とすることも可能である。また、パルス間隔計測器２３によるパルス間隔の計測については、例えば、パルス間隔計測器２３にクロックパルスを入力しておき、クロックパルスを計数することによって時間間隔を計測する方法を用いることができる。
【００６７】
エネルギー測定装置の構成、及び測定装置で実行されるエネルギーの算出方法を含むエネルギー測定方法について、さらに具体的に説明する。
【００６８】
図４は、エネルギー測定装置の第２実施形態の構成を示すブロック図である。このエネルギー測定装置１は、例えば、測定対象となる信号パルスＰのパルス波形が図１及び図２に示した例のように単一の指数関数で表される場合において、その信号パルスのエネルギー測定に適用することが可能な構成となっている。
【００６９】
本実施形態のエネルギー測定装置１の構成は、トリガ信号生成器２１、ゲート信号生成器２２、パルス間隔計測器２３、遅延回路３１、及びゲート積分器３２については、図３に示した実施形態と同様である。
【００７０】
本実施形態におけるエネルギー算出部１０は、エネルギー演算器１１と、ルックアップテーブル１２と、２つのバッファメモリ４０、４１とを有して構成されている。エネルギー演算器１１は、測定対象である信号パルスＰ0の入力に対応して、そのエネルギーＥ0を算出するために必要な演算を行う。また、ルックアップテーブル１２には、後述するように、エネルギー演算器１１で実行される演算において用いられる係数のデータが格納されている。
【００７１】
バッファメモリ４０には、各時点で測定対象となっている信号パルスＰ0に対応して、ゲート積分器３２から入力された積分信号強度Ｑ0、及びパルス間隔計測器２３から入力されたパルス間隔Ｔ0が記憶される。また、バッファメモリ４１には、信号パルスＰ0よりも前の信号パルスＰ1での積分信号強度Ｑ1及びパルス間隔Ｔ1が記憶される。これらの各データは、エネルギー演算器１１で行われるエネルギーを算出するための演算に対する入力データとなる。
【００７２】
このように、エネルギーＥ0を算出するための演算を行うエネルギー演算器１１と、測定対象の信号パルスＰ0での積分信号強度Ｑ0及びパルス間隔Ｔ0を記憶するバッファメモリ４０（第１バッファメモリ）と、信号パルスＰ0よりも前に入力された信号パルスＰ1での積分信号強度Ｑ1及びパルス間隔Ｔ1を記憶するバッファメモリ４１（第２バッファメモリ）とを有するエネルギー算出部１０の構成とすることにより、バッファメモリに記憶された各データを参照しつつ、エネルギーＥを算出するための演算を確実に行うことができる。
【００７３】
図４に示したエネルギー測定装置１の構成、特にエネルギー算出部１０の構成を参照しつつ、信号パルスＰのパルス波形が式（１）に示した時間波形ｆ（ｔ）のように単一の指数関数で表される場合に適用が可能なエネルギーＥの算出方法である単一指数関数補正法について説明する。
【００７４】
信号パルスＰ0のパルス波形が式（１）の時間波形ｆ（ｔ）で表される場合、信号パルスのパイルアップが発生していないとすると、パルス間隔Ｔ0を積分時間として信号強度を積分した積分信号強度Ｑ0は、
【００７５】
【数４】
【００７６】
【数５】
【００７７】
これに対して、信号パルスのパイルアップが発生している場合には、積分信号強度Ｑ0は、信号パルスＰ0よりも前の信号パルスＰ1、Ｐ2等の信号強度の積分値を含んでいる。したがって、エネルギーＥ0を正しく求めるには、式（５）の右辺Ｑ0／Ｇ（Ｔ0）から信号パルスＰ1、Ｐ2等の信号強度の積分値を除去するパイルアップ補正を行う必要がある。そして、この除去すべき信号強度の積分値は、パルス波形が単一の指数関数である場合には、測定対象である信号パルスＰ0の直前の信号パルスＰ1に対して先に取得されたデータとしてバッファメモリ４１に記憶されている積分信号強度Ｑ1及びパルス間隔Ｔ1から求めることができる。
【００７８】
以上より、単一指数関数補正法においては、信号パルスＰ0に対するパイルアップ補正後のエネルギーＥ0は、バッファメモリ４０に記憶されている積分信号強度Ｑ0及びパルス間隔Ｔ0と、バッファメモリ４１に記憶されている積分信号強度Ｑ1及びパルス間隔Ｔ1とから、以下の式（６）
【００７９】
【数６】
【００８０】
上記した式（６）では、各信号パルスＰiに対する信号強度の積分時間として、次の信号パルスまでのパルス間隔Ｔiをそのまま用いている。これに対して、実際には、ゲート積分器３２での積分値の読取及びリセットにある程度の時間を要することを考慮して、積分時間を設定する必要がある。また、パルス間隔Ｔiが長くなった場合に長時間にわたって信号強度を積分することがないように、積分時間の上限値として最大積分時間を設定しておくことが好ましい。
【００８１】
ゲート積分器３２において積分値の読取及びリセットに要するリセット時間をＴr、上限値として設定された最大積分時間をＴmaxとすると、信号パルスＰのパルス間隔Ｔに対して、実際に信号強度の積分を行う実効積分時間Ｔ’は、
【００８２】
【数７】
【００８３】
図５は、信号パルスＰのパルス波形に対するパルス間隔Ｔ及び実効積分時間Ｔ’について示すグラフである。ここで、図５（ａ）のグラフは、図２（ａ）と同様に、信号強度の時間変化である信号波形を示している。また、図５（ｂ）のグラフは、図５（ａ）に示した信号波形を積分した積分信号強度の時間変化である積分波形を示している。
【００８４】
図５においては、例として、信号パルスＰ0でのパルス間隔Ｔ0が最大積分時間Ｔmaxに対してＴ0−Ｔr＜Ｔmaxを満たしている場合について示している。このとき、信号パルスＰ0でのパルス間隔Ｔ0に対応する実効積分時間Ｔ0’は、Ｔ0’＝Ｔ0−Ｔrとなる。ゲート積分器３２から出力される積分信号強度は、信号パルスＰ0の信号波形に対し、図５（ｂ）に示すように、積分開始から実効積分時間Ｔ0’にわたって信号強度の積分によって増加する積分波形となる。そして、次の信号パルスの積分開始までのリセット時間Ｔrでリセットされ、また、ゲート積分器３２において積分値の読取が実行される。
【００８５】
このように、実効積分時間Ｔ’を信号強度の積分時間とすることにより、積分時間が長時間にわたることを防止するとともに、信号パルスＰそれぞれでのパルス間隔Ｔに応じて好適な積分時間を設定して、算出されるエネルギーＥの精度を極力向上させることができる。なお、最大積分時間Ｔmaxは、例えば、パルス波形ｆ（ｔ）の減衰時定数τに対して、３τ程度に設定される。
【００８６】
また、この実効積分時間Ｔ’では、パルス間隔Ｔが長い場合に対して最大積分時間Ｔmaxを設定したが、逆にパルス間隔Ｔが短い場合に対しては、エネルギーＥの算出を実行するための最小パルス間隔を設定しておいても良い。この場合、最小パルス間隔は、測定対象の信号パルスＰ0の前のパルス間隔Ｔ1、及び後のパルス間隔Ｔ0に対してそれぞれ設定しておくことが好ましい。
【００８７】
前のパルス間隔Ｔ1に対して最小パルス間隔を設けることにより、信号パルスＰ0に対する前の信号パルスＰ1のパイルアップが大き過ぎる場合を除外することができる。また、後のパルス間隔Ｔ0に対して最小パルス間隔を設けることにより、信号パルスＰ0の積分時間が充分に確保できない場合を除外することができる。
【００８８】
上記した実効積分時間Ｔ’の適用に対し、パルス間隔Ｔに対応する積分レスポンスＧ（Ｔ）に代えて実効積分時間Ｔ’に対応する実効積分レスポンスＨ（Ｔ）を定義すると、このＨ（Ｔ）は、
【００８９】
【数８】
【００９０】
【数９】
【００９１】
この式（９）において、Ａ（Ｔ）は、ゲート積分器３２で取得された積分信号強度Ｑ0から全積分強度に対応するエネルギーＥ0を求めるための係数であり、その値は信号パルスＰ0のパルス間隔Ｔ0に基づいて決定される。また、Ｂ（Ｔ）は、直前の連続する信号パルスＰ1での積分信号強度Ｑ1を用いてパイルアップ補正を行うための係数であり、その値は信号パルスＰ1のパルス間隔Ｔ1に基づいて決定される。
【００９２】
以上より、エネルギー演算器１１において、パルス間隔Ｔ0及びＴ1を参照して係数Ａ（Ｔ0）及びＢ（Ｔ1）を決定することによって、バッファメモリ４０に記憶されている積分信号強度Ｑ0、及びバッファメモリ４１に記憶されている積分信号強度Ｑ1から、信号パルスＰ0の正確なエネルギーＥ0を容易に求めることができる。
【００９３】
ここで、エネルギーＥ0の算出に用いられる係数Ａ（Ｔ）及びＢ（Ｔ）のそれぞれについては、複数のパルス間隔Ｔの値に対してあらかじめ各係数の値を求めておき、それらの係数の値からルックアップテーブル１２（図４参照）を作成しておくことが好ましい。これにより、取得されたパルス間隔Ｔ0及びＴ1に対して、ルックアップテーブル１２に含まれている係数Ａ（Ｔ）のルックアップテーブル及び係数Ｂ（Ｔ）のルックアップテーブルの２つのルックアップテーブルからそれぞれ係数の値Ａ（Ｔ0）及びＢ（Ｔ1）を読み出して、パイルアップ補正がされたエネルギーＥ0を短時間で効率的に算出することが可能となる。
【００９４】
次に、信号パルスＰのパルス波形が単一の指数関数で表せない一般的な時間波形（一般波形）である場合について説明する。
【００９５】
シンチレーション検出器から放射線検出に対応して出力される信号パルスの一般波形は、例えば、減衰時定数が異なる複数の指数関数の和によって表される。図６は、このような一般波形を有する信号パルスのパルス波形の例として、減衰時定数が小さく減衰が早い成分と、減衰時定数が大きく減衰が遅い成分とを含むパルス波形ｆ（ｔ）＝Ｅｇ（ｔ）を模式的に示すグラフである。
【００９６】
このような一般波形を有する信号パルスに対するパイルアップ補正では、時間波形の相違により、上記した式（６）または式（９）を適用することはできないが、信号パルスにパイルアップされる前の信号パルスによる信号強度（電荷量）を先に測定された他の信号パルスのエネルギーから推定して、同様に、パイルアップ補正を行うことが可能である。
【００９７】
図７は、エネルギー測定装置の第３実施形態の構成を示すブロック図である。このエネルギー測定装置１は、例えば、測定対象となる信号パルスＰのパルス波形が図６に示した例のように単一の指数関数で表せない一般波形である場合において、その信号パルスのエネルギー測定に適用することが可能な構成となっている。
【００９８】
本実施形態のエネルギー測定装置１の構成は、トリガ信号生成器２１、ゲート信号生成器２２、パルス間隔計測器２３、遅延回路３１、及びゲート積分器３２については、図３に示した実施形態と同様である。
【００９９】
本実施形態におけるエネルギー算出部１０は、エネルギー演算器１１と、ルックアップテーブル１２と、データ入力側のバッファメモリ４５と、エネルギー出力側のバッファメモリ５０とを有して構成されている。エネルギー演算器１１は、測定対象である信号パルスＰ0の入力に対応して、そのエネルギーＥ0を算出するために必要な演算を行う。また、ルックアップテーブル１２には、エネルギー演算器１１で実行される演算において用いられる係数のデータが格納されている。
【０１００】
データ入力側のバッファメモリ４５には、各時点で測定対象となっている信号パルスＰ0に対応して、ゲート積分器３２から入力された積分信号強度Ｑ0、及びパルス間隔計測器２３から入力されたパルス間隔Ｔ0が記憶される。また、信号パルスＰ0よりも前の連続するＪ個（Ｊ＝１以上の整数）の信号パルスＰ1、Ｐ2、…、ＰJでのパルス間隔Ｔ1、Ｔ2、…、ＴJも記憶されている。また、エネルギー出力側のバッファメモリ５０には、信号パルスＰ0に対して算出されたエネルギーＥ0が記憶される。また、信号パルスＰ0よりも前のＪ個の信号パルスＰ1、Ｐ2、…、ＰJでのエネルギーＥ1、Ｅ2、…、ＥJも記憶されている。これらの各データは、エネルギー演算器１１で行われるエネルギーを算出するための演算に対する入力データとなる。
【０１０１】
図７に示したエネルギー測定装置１の構成、特にエネルギー算出部１０の構成を参照しつつ、信号パルスＰのパルス波形が一般波形である場合に適用が可能なエネルギーＥの算出方法である多項補正法について説明する。
【０１０２】
図６にその例を示したように、信号パルスＰのパルス波形が一般的な時間波形としてｆ（ｔ）＝Ｅｇ（ｔ）と表されているとすると、単一の指数関数の場合に関して式（３）に示した積分レスポンスに対応する積分レスポンスＧ（Ｔ）は、
【０１０３】
【数１０】
【０１０４】
【数１１】
【０１０５】
【数１２】
【０１０６】
ここで、Ｊは、測定対象の信号パルスＰ0よりも前に入力された信号パルスのうちでパイルアップ補正に用いる信号パルスＰ1、…、ＰJの個数である。この個数Ｊ個は、上記したバッファメモリ４５に記憶されている前のパルス間隔Ｔ1、…、ＴJのデータ数、及びバッファメモリ５０に記憶されている前のエネルギーＥ1、…、ＥJのデータ数とも対応している。
【０１０７】
また、この式（１２）において、Ｃ0（Ｔ）は、ゲート積分器３２で取得された積分信号強度Ｑ0から全積分強度に対応するエネルギーＥ0を求めるための係数であり、その値は信号パルスＰ0のパルス間隔Ｔ0に基づいて決定される。また、Ｃj（Ｔj）＝Ｃj（ｔj，Ｔ0）（ｊ＝１、…、Ｊ）は、信号パルスＰ0よりも前のＪ個の信号パルスＰjそれぞれでのエネルギーＥjを用いてパイルアップ補正を行うための係数であり、信号パルスＰjのパルス間隔Ｔjに基づいて決定される。なお、ｔjは、信号パルスＰ0の立ち上がり時刻を０としたときの信号パルスＰjの立ち上がり時刻に対応するものであり（図２参照）、パルス間隔Ｔjを用いて表すと、
【０１０８】
【数１３】
【０１０９】
以上より、エネルギー演算器１１において、パルス間隔Ｔ0、Ｔ1、…、ＴJを参照して係数Ｃ0（Ｔ0）、Ｃj（Ｔj）を決定することによって、信号パルスＰ0のパルス波形が一般波形の場合でも、バッファメモリ４５に記憶されている積分信号強度Ｑ0、及びバッファメモリ５０に記憶されているエネルギーＥ1、…、ＥJから、信号パルスＰ0の正確なエネルギーＥ0を容易に求めることができる。
【０１１０】
ここで、エネルギーＥ0の算出に用いられる係数Ｃ0（Ｔ）及びＣj（Ｔ）（ｊ＝１、…、Ｊ）のそれぞれについては、複数のパルス間隔Ｔの値に対してあらかじめ各係数の値を求めておき、それらの係数の値からそれぞれルックアップテーブル１２（図７参照）を作成しておくことが好ましい。これにより、パイルアップ補正がされたエネルギーＥ0を短時間で効率的に算出することが可能となる。
【０１１１】
また、パイルアップ補正に用いる信号パルスの個数Ｊについては、Ｊを多くするほど、パイルアップ補正の精度、したがって算出されるエネルギーＥ0の精度が向上される。実際には、測定対象である信号パルスのパルス波形や信号パルスの入力頻度、エネルギーＥ0を算出するための演算に要する時間、用意するルックアップテーブルのデータ量などを考慮して、好適な個数にＪを設定することが好ましい。
【０１１２】
一般波形に対する式（１２）によるエネルギー算出方法は、上述したように、信号パルスＰ0よりも前のＪ個の信号パルスを用いてパイルアップ補正を行う多項補正法によるものである。この式（１２）は、Ｊ＋１番目以降の信号パルスの影響を無視することを除けば、エネルギーＥ0の正確な展開式となっている。これに対して、エネルギー演算を簡単化するとともに演算に用いるデータ数を減少するため、２項近似法や３項近似法などの近似法を用いて、一般波形でのパイルアップ補正を行うことも可能である。
【０１１３】
まず、２項近似法では、信号パルスＰ0のエネルギーＥ0の算出において信号パルスＰ2以前の信号パルスの電荷を無視し（図２（ａ）参照）、直前の信号パルスＰ1の立ち上がり時刻−ｔ1から信号パルスＰ0の立ち上がり時刻０までの電荷量を、すべて信号パルスＰ1によるものと仮定する。このとき、パイルアップ補正後の信号パルスＰ0のエネルギーＥ0は、以下の式（１４）
【０１１４】
【数１４】
【０１１５】
図８は、式（１４）による２項近似法を用いたエネルギーの算出方法に対応するエネルギー算出部の構成の一例を示すブロック図である。このエネルギー算出部１０は、エネルギー演算器１１と、ルックアップテーブル１２と、データ入力側の２つのバッファメモリ４０、４１とを有して構成されている。この構成は、エネルギー演算器１１で実行される演算の内容を除けば、図４に示したものと同等である。
【０１１６】
バッファメモリ４０には、各時点で測定対象となっている信号パルスＰ0に対応して、積分信号強度Ｑ0及びパルス間隔Ｔ0が記憶される。また、バッファメモリ４１には、信号パルスＰ1での積分信号強度Ｑ1及びパルス間隔Ｔ1が記憶される。
【０１１７】
エネルギー演算器１１は、パルス間隔Ｔ0及びＴ1を参照して係数Ｄ0（Ｔ0）及びＤ1（Ｔ1）を決定し、または、ルックアップテーブル１２から係数Ｄ0（Ｔ0）及びＤ1（Ｔ1）の値を読み出す。これにより、バッファメモリ４０に記憶されている積分信号強度Ｑ0、及びバッファメモリ４１に記憶されている積分信号強度Ｑ1から、式（１４）によってパイルアップ補正されたエネルギーＥ0を求めることができる。
【０１１８】
また、３項近似法では、信号パルスＰ0のエネルギーＥ0の算出において信号パルスＰ3以前の信号パルスの電荷を無視し、信号パルスＰ1でのエネルギーＥ1の影響は正しく補正するとともに、信号パルスＰ2の立ち上がり時刻−ｔ2から信号パルスＰ1の立ち上がり時刻−ｔ1までの電荷量を、すべて信号パルスＰ2によるものと仮定する。このとき、パイルアップ補正後の信号パルスＰ0のエネルギーＥ0は、以下の式（１５）
【０１１９】
【数１５】
【０１２０】
図９は、式（１５）による３項近似法を用いたエネルギーの算出方法に対応するエネルギー算出部の構成の一例を示すブロック図である。このエネルギー算出部１０は、エネルギー演算器１１と、ルックアップテーブル１２と、データ入力側の３つのバッファメモリ４０、４１、４２と、エネルギー出力側のバッファメモリ５０とを有して構成されている。
【０１２１】
データ入力側のバッファメモリ４０には、各時点で測定対象となっている信号パルスＰ0に対応して、積分信号強度Ｑ0及びパルス間隔Ｔ0が記憶される。また、バッファメモリ４１には、信号パルスＰ1での積分信号強度Ｑ1及びパルス間隔Ｔ1が記憶される。また、バッファメモリ４２には、信号パルスＰ2での積分信号強度Ｑ2及びパルス間隔Ｔ2が記憶される。また、エネルギー出力側のバッファメモリ５０には、信号パルスＰ0でのエネルギーＥ0及び信号パルスＰ1でのエネルギーＥ1が記憶される。
【０１２２】
エネルギー演算器１１は、パルス間隔Ｔ0、Ｔ1、及びＴ2を参照して係数Ｄ0（Ｔ0）、Ｄ1（Ｔ1）、及びＤ2（Ｔ2）を決定し、または、ルックアップテーブル１２から係数Ｄ0（Ｔ0）、Ｄ1（Ｔ1）、及びＤ2（Ｔ2）の値を読み出す。これにより、バッファメモリ４０に記憶されている積分信号強度Ｑ0、バッファメモリ５０に記憶されているエネルギーＥ1、及びバッファメモリ４２に記憶されている積分信号強度Ｑ2から、式（１５）によってパイルアップ補正されたエネルギーＥ0を求めることができる。
【０１２３】
上述した単一指数関数補正法、多項補正法、２項近似法、または３項近似法をエネルギーの算出方法として用いたエネルギー測定についてそれぞれシミュレーションを行い、その効果の確認を行った。このシミュレーションでは、所定のパルス波形とエネルギーを有する多数の信号パルスを所定の平均計数率で時間的にランダムに発生させ、所定のエネルギー算出法及びパイルアップ補正法に基づいてエネルギーの算出値をシミュレートし、平均の波高分布やエネルギー分解能を推定した。各パルス信号のエネルギーは光電子増倍管の第一ダイノードに集められる全光電子数で表し、計測される各パルス信号のエネルギーは所定の積分時間内に集められる光電子数がポアッソン分布にしたがって統計的に変動すると仮定した。また各パルス間隔は正確に測定されるものと仮定し、パルス間隔の測定誤差及びデジタル化による誤差は無視した。
【０１２４】
まず、単一指数関数補正法によるエネルギー算出及びパイルアップ補正のシミュレーション結果について、図１０及び図１１を参照して説明する。ここでは、信号パルスＰのパルス波形について、減衰時定数τ＝２４０ｎｓの単一の指数関数成分による時間波形を仮定し、エネルギーは光電子数で１０００とした。また、他の条件については、リセット時間をＴr＝５０ｎｓ、最大積分時間をＴmax＝１０００ｎｓにそれぞれ設定した。
【０１２５】
図１０は、入力信号パルスに対して単一指数関数補正法を用いて求められたエネルギー算出値の分布を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は、信号パルスＰに対するエネルギーＥの算出値（channel）を示し、縦軸は、channel毎のカウント数を示している。
【０１２６】
図１０においては、入力計数率について、（１）０．０１Ｍｃｐｓ、（２）１Ｍｃｐｓ、（３）２．５Ｍｃｐｓ、及び（４）５Ｍｃｐｓの４条件でそれぞれシミュレーションを行って得られたエネルギー分布を示している。入力計数率が増大するにつれて、エネルギー分解能がやや低下しているものの、パイルアップ補正によって、他の信号パルスの信号強度が積分されることによるエネルギーのシフト、及びエネルギー分解能の低下が抑制されていることがわかる。
【０１２７】
また、図１１は、入力信号パルスに対して単一指数関数補正法を用いて求められたエネルギー算出値の半値幅（ＦＷＨＭ）及び１０％値幅（ＦＷＴＭ）を示すグラフである。これらのグラフからも、単一指数関数のパルス波形を有する信号パルスに対して、単一指数関数補正法を用いてパイルアップ補正を行うことによって、入力信号パルス数の増大に伴うエネルギー分解能の低下が極力抑制されていることがわかる。
【０１２８】
次に、２項近似法、３項近似法、及び多項補正法によるエネルギー算出及びパイルアップ補正の第１のシミュレーション結果について、図１２及び図１３を参照して説明する。ここでは、信号パルスＰのパルス波形について、減衰時定数τ1＝２４０ｎｓの第１指数関数成分、及びτ2＝５０ｎｓの第２指数関数成分を強度比７０％：３０％で含む時間波形を一般波形として仮定した。また、他の条件については、リセット時間をＴr＝５０ｎｓ、最大積分時間をＴmax＝１０００ｎｓにそれぞれ設定し、エネルギーは光電子数で２０００とした。
【０１２９】
図１２は、入力信号パルスに対して２項近似法、３項近似法、及び多項補正法を用いて求められたエネルギー算出値のＦＷＨＭ及びＦＷＴＭを示すグラフである。ここで、２項近似法においては、補正係数をｘ＝１．１とした。また、３項近似法においては、補正係数をｘ＝１．２とした。また、多項補正法においては、パイルアップ補正に用いる信号パルスの個数をＪ＝５とした。
【０１３０】
これらのグラフから、一般波形のパルス波形を有する信号パルスに対して、２項近似法、３項近似法、または多項補正法を用いてパイルアップ補正を行うことによって、入力信号パルス数の増大に伴うエネルギー分解能の低下が極力抑制されていることがわかる。
【０１３１】
また、２項近似法、３項近似法、及び多項補正法のそれぞれについて比較すると、パイルアップ補正の項数を２項から３項、多項（Ｊ＝５）と多くすることによって、得られるエネルギーの算出値の精度が向上されている。
【０１３２】
また、図１３は、上記したシミュレーション結果における入力計数率と出力計数率の関係、すなわち計数率特性を示すグラフである。最小積分時間を１００ｎｓに設定した結果、信号パルスのうち前後のパルス間隔がともに１００ｎｓ（合計２００ｎｓ）以上のもののみが検出されるため、出力計数率は５Ｍｃｐｓで飽和している様子が示されている。
【０１３３】
次に、２項近似法、３項近似法、及び多項補正法によるエネルギー算出及びパイルアップ補正の第２のシミュレーション結果について、図１４及び図１５を参照して説明する。ここでは、信号パルスＰのパルス波形について、減衰時定数τ1＝１０００ｎｓの第１指数関数成分、τ2＝２１０ｎｓの第２指数関数成分、及びτ3＝２６ｎｓの第３指数関数成分を強度比３０％：３０％：４０％で含む時間波形を一般波形として仮定した。また、他の条件については、図１２及び図１３の場合と同様である。
【０１３４】
図１４は、入力信号パルスに対して２項近似法、３項近似法、及び多項補正法を用いて求められたエネルギー算出値のＦＷＨＭ及びＦＷＴＭを示すグラフである。ここで、２項近似法においては、補正係数をｘ＝１．７とした。また、３項近似法においては、補正係数をｘ＝２．０とした。また、多項補正法においては、パイルアップ補正に用いる信号パルスの個数をＪ＝５（多項１）及びＪ＝１０（多項２）とした。
【０１３５】
これらのグラフから、図１２に示したグラフと同様に、一般波形のパルス波形を有する信号パルスに対して、２項近似法、３項近似法、または多項補正法を用いてパイルアップ補正を行うことによって、入力信号パルス数の増大に伴うエネルギー分解能の低下が極力抑制されていることがわかる。
【０１３６】
また、２項近似法、３項近似法、Ｊ＝５とした多項補正法、及びＪ＝１０とした多項補正法のそれぞれについて比較すると、パイルアップ補正の項数を多くすることによって、得られるエネルギーの算出値の精度が向上されている。
【０１３７】
また、図１５は、入力信号パルスに対して（ａ）３項近似法、及び（ｂ）Ｊ＝５とした多項近似法を用いて求められたエネルギー算出値の分布を示すグラフである。
【０１３８】
図１５（ａ）及び（ｂ）においては、入力計数率について、（１）０．０１Ｍｃｐｓ、（２）１Ｍｃｐｓ、（３）２Ｍｃｐｓ、（４）３Ｍｃｐｓ、及び（５）４Ｍｃｐｓの５条件でそれぞれシミュレーションを行って得られたエネルギー分布を示している。入力計数率が増大するにつれて、エネルギー分解能がやや低下し、エネルギー分布の中心値がやや高エネルギー側にシフトしているものの、パイルアップ補正によって、エネルギーのシフト及びエネルギー分解能の低下が抑制されていることがわかる。
【０１３９】
ここで、一般波形の場合に適用される２項近似法、３項近似法、及び多項補正法においては、上述したように、パイルアップ補正の項数（パイルアップ補正に用いる信号パルスの個数）を多くすることによって、得られるエネルギーの算出値の精度が向上する。一方、パイルアップ補正の項数が多くなると、エネルギーを算出するための演算が複雑となり、また、ルックアップテーブルを用いる場合には、必要なルックアップテーブルの個数及びデータ量が増大する。このため、パイルアップ補正の項数については、必要とされるエネルギー算出値の精度や予想される信号パルスの入力頻度などから、好適な項数及び補正法を選択して用いることが好ましい。
【０１４０】
また、エネルギー測定においては、連続的に入力される信号パルスＰのそれぞれについて、取得された積分信号強度Ｑ及びパルス間隔Ｔをリストモードでデータ収集しておき、データ収集後またはデータ収集と並行してオフラインでエネルギー算出を行う場合がある。このような場合には、データ収集とは別に、ソフトウエアによってエネルギーを算出するための演算を実行することが可能であり、パイルアップ補正の項数Ｊを多くした条件での多項補正法のような複雑な演算についても適用が可能である。
【０１４１】
このようにオフラインでエネルギー算出を行う場合の装置構成については、上記したエネルギー測定装置１の構成のうち、エネルギー算出部１０を別装置であるエネルギー算出装置（例えばエネルギー算出用のソフトウエアを有するコンピュータ）とする構成が可能である。この場合、エネルギー測定装置１においては、エネルギー算出部１０に代えて、積分信号強度Ｑ及びパルス間隔Ｔなどのデータを所定の記録媒体に記録する記録手段を設けておけば良い。
【０１４２】
また、単一指数関数以外の一般波形に対するエネルギー測定においては、例えば、微分回路などの波形整形回路によって減衰時定数の長い成分を除去しておくなど、パルス波形を整形した後に信号処理を行う構成としても良い。
【０１４３】
なお、発光パルス波形が単一の指数関数で表せる場合、従来の方法としてWongの方法があることをすでに記載したが、これらの方法による効果を比較するため、本発明による単一指数関数補正法、及び上記したWongの方法を用いて、それぞれエネルギー算出及びパイルアップ補正のシミュレーションを行った。ここでは、信号パルスＰのパルス波形について、減衰時定数τ＝３００ｎｓの単一の指数関数成分による時間波形を仮定し、エネルギーは光電子数で２０００とした。また、Wongの方法については、電流信号に含まれる雑音信号の影響を低減するために、信号処理前に平滑回路で信号パルスの平滑化を行うこととし、平滑時間１０ｎｓ（従来１）、２０ｎｓ（従来２）、及び５０ｎｓ（従来３）の３条件でそれぞれシミュレーションを行った。
【０１４４】
図１６は、入力信号パルスに対して単一指数関数補正法、及び従来の補正法であるWongの方法を用いて求められたエネルギー算出値のＦＷＨＭを示すグラフである。これらのグラフから、信号パルスの平滑化とともにWongの方法を用いた場合よりも、単一指数関数補正法の方が、入力計数率の増大に伴うエネルギー分解能の低下の抑制効果が高いことがわかる。
【０１４５】
また、図１７は、入力信号パルスに対して（ａ）単一指数関数補正法、及び（ｂ）Wongの方法を用いて求められたエネルギー算出値の分布を示すグラフである。
図１７（ａ）及び（ｂ）においては、入力計数率について、（１）０．０１Ｍｃｐｓ、（２）１Ｍｃｐｓ、（３）２．５Ｍｃｐｓ、及び（４）５Ｍｃｐｓの４条件でそれぞれシミュレーションを行って得られたエネルギー分布を示している。これらのグラフからも、単一指数関数補正法の方が、入力計数率の増大に伴うエネルギー分解能の低下の抑制効果が高いことがわかる。
【０１４６】
次に、本発明によるエネルギー測定装置の第４実施形態として、パルス波形弁別を用いた場合について説明する。パルス波形弁別（ＰＳＤ：Pulse Shape Discrimination）とは、異なった発光減衰時定数をもつ複数のシンチレータを光電子増倍管に取り付け、どのシンチレータが放射線を検出して発光したかを信号波形の相違から弁別して検出する方法である。たとえば１つの光電子増倍管にγ線用シンチレータと中性子用シンチレータを取り付けて波形弁別を適用すると、γ線と中性子線を同時に弁別して計測することができる。また、シンチレータのなかにはγ線、α線、重粒子線など、検出した放射線の種類によって互いに異なる発光減衰時定数を示すものがある。このようなシンチレータを用いると波形弁別法によって放射線の種類を弁別して計測できる。具体的な波形弁別法として種々の方法がある。以下の例では信号パルスを２つの異なる時間積分して得られる積分値の比が発光減衰時定数によって異なることを利用して波形弁別する方法を用いるが、これに限定されるものではない。
【０１４７】
図１８はこのような波形弁別法を用いた第４実施形態の構成を示すブロック図である。このエネルギー測定装置１は、測定対象となる信号パルスＰとして、異なる減衰時定数τ1、τ2のいずれかを有する単一指数関数波形の２種類の信号パルスが入力される場合において、その信号パルスのエネルギー測定に適用することが可能な構成となっている。
【０１４８】
本実施形態のエネルギー測定装置１の構成は、トリガ信号生成器２１、ゲート信号生成器２２、遅延回路３１、及びゲート積分器３２については、図３に示した実施形態と同様である。
【０１４９】
本実施形態においては、パルス間隔計測器２３に代わって、パルス間隔計測手段としての機能を含むサンプル時間設定部２４が設けられている。サンプル時間設定部２４は、信号パルスＰ0でのパルス間隔Ｔ0を計測するとともに、計測されたパルス間隔Ｔ0に基づいて、信号強度の積分を行うサンプル時間である実効積分時間Ｔ’（式（７）参照）を設定し、ゲート信号生成器２２に指示する。ゲート信号生成器２２は、トリガ信号生成器２１から入力されたトリガ信号、及びサンプル時間設定部２４から指示された実効積分時間Ｔ’に基づいて、信号強度の積分を指示するためのゲート信号を生成する。
【０１５０】
ゲート積分器３２は、ゲート信号の指示に基づいて、遅延回路３１から入力された信号パルスＰ0の信号強度を積分する。ゲート信号によって指示された実効積分時間Ｔ’での積分によって得られる積分信号強度は、サンプルホールド回路及びＡＤＣからなるＡ／Ｄ変換器３３を介して、積分信号強度データＱ0として出力される。
【０１５１】
一方、ゲート積分器３２に対して、各信号パルスＰ0毎に設定される実効積分時間Ｔ’とは別に、積分時間Ｔpが指示されている。この積分時間Ｔpは、想定される実効積分時間Ｔ’よりも短い時間（Ｔ’＞Ｔp）となるように、あらかじめ固定に設定されている。積分時間Ｔpでの積分によって得られる積分信号強度は、サンプルホールド回路及びＡＤＣからなるＡ／Ｄ変換器３４を介して、積分信号強度データＱpとして出力される。
【０１５２】
Ａ／Ｄ変換器３３から出力された積分信号強度Ｑ0、及びＡ／Ｄ変換器３４から出力された積分信号強度Ｑpは、パルス波形弁別器２５に入力される。パルス波形弁別器２５は、積分時間が異なる積分信号強度Ｑ0及びＱpの比Ｑ0／Ｑpを用い、あらかじめ設定された波形弁別条件に基づいて複数種類（ここでは２種類）のパルス波形の弁別を行い、得られた波形弁別結果ｘ0（ｘ0＝１または２）を出力する。
【０１５３】
エネルギー算出部１０は、エネルギー演算器１１と、ルックアップテーブル１２と、２つのバッファメモリ４６、４７とを有して構成されている。エネルギー演算器１１は、測定対象である信号パルスＰ0の入力に対応して、そのエネルギーＥ0を算出するために必要な演算を行う。また、ルックアップテーブル１２には、エネルギー演算器１１で実行される演算において用いられる係数のデータが格納されている。
【０１５４】
各時点で測定対象となっている信号パルスＰ0に対して、Ａ／Ｄ変換器３３から出力された積分信号強度Ｑ0、サンプル時間設定部２４から出力されたパルス間隔Ｔ0、及びパルス波形弁別器２５から出力された波形弁別結果ｘ0は、それぞれエネルギー演算器１１に入力されるとともに、バッファメモリ４６に記憶される。また、バッファメモリ４７には、信号パルスＰ0よりも前の信号パルスＰ1での積分信号強度Ｑ1、パルス間隔Ｔ1、及び波形弁別結果ｘ1が記憶される。これらの各データは、エネルギー演算器１１で行われるエネルギーを算出するための演算に対する入力データとなる。
【０１５５】
図１８に示したエネルギー測定装置１の構成を参照しつつ、パルス波形弁別を伴う場合でのエネルギーＥの算出方法について具体的に説明する。
【０１５６】
測定対象としてエネルギー測定装置１に入力される信号パルスＰについて、異なる減衰時定数τ1、τ2によるパルス波形を有する２種類の信号パルスが存在するものとする。このとき、減衰時定数τk（ｋ＝１または２）の信号パルスに対応するパルス波形ｆk（ｔ）、積分信号強度Ｑk（Ｔ）、及び積分レスポンスＧk（Ｔ）は、それぞれ
【０１５７】
【数１６】
【０１５８】
また、２つの積分時間のうち長い方の実効積分時間Ｔ’を、リセット時間Ｔr及び最大積分時間Ｔmaxを用いて式（７）によって設定すると、実効積分レスポンスＨk（Ｔ）は、
【０１５９】
【数１７】
【０１６０】
図１８に示すように、測定対象の信号パルスＰ0及びその前の信号パルスＰ1での波形弁別結果をそれぞれｋ＝ｘ0、ｘ1（いずれも１または２）とする。このとき、信号パルスＰ0に対するパイルアップ補正後のエネルギーＥ0は、以下の式（１８）
【０１６１】
【数１８】
【０１６２】
なお、減衰時定数τ1のパルス波形に対応する係数Ａ1（Ｔ）、Ｂ1（Ｔ）、及び減衰時定数τ2のパルス波形に対応する係数Ａ2（Ｔ）、Ｂ2（Ｔ）については、エネルギー演算器１１においてその都度演算して求めても良い。あるいは、係数Ａ1（Ｔ）、Ｂ1（Ｔ）、Ａ2（Ｔ）、及びＢ2（Ｔ）を求める演算をあらかじめ行ってルックアップテーブル１２を作成しておいても良い。この場合、パルス波形弁別を行わない場合に比べて、２倍の個数及びデータ量のルックアップテーブルを用意する必要がある。
【０１６３】
ここで、パルス波形弁別器２５において行われる、減衰時定数τ1、τ2による２種類のパルス波形を弁別するパルス波形弁別について説明しておく。
【０１６４】
図１９は、信号パルスＰに対してパルス波形弁別を行うための積分時間の設定について示すグラフである。ここで、図１９（ａ）のグラフは、信号強度の時間変化である信号波形を示している。また、図１９（ｂ）のグラフは、図１９（ａ）に示した信号波形を積分した積分信号強度の時間変化である積分波形を示している。
【０１６５】
本実施形態のエネルギー測定装置１においては、図１９に示すように、信号パルスＰ0の信号強度の積分に対して、２つの積分時間Ｔ0’及びＴpが設定される。このうち、長い方の積分時間であるＴ0’は、図５に示したパルス波形弁別を伴わない場合と同様の通常の実効積分時間である。一方、短い方の積分時間であるＴpは、パルス波形弁別のために固定に設定された積分時間である。パルス波形弁別器２５では、長い積分時間Ｔ’で求められた積分信号強度Ｑ0と、短い積分時間Ｔpで求められた積分信号強度Ｑpとを比較することによって、２種類のパルス波形が弁別される。
【０１６６】
図２０は、信号パルスのパルス波形の弁別方法について示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は、個々の信号パルスＰのパルス間隔Ｔに依存して変動する実効積分時間Ｔ’を示し、縦軸は、積分信号強度の比Ｑ0／Ｑpを示している。
【０１６７】
減衰時定数τ1のパルス波形と、減衰時定数τ2のパルス波形とでは、その減衰速度の違いにより、積分時間Ｔ’（Ｔ’＞Ｔp）が等しい場合でも、積分信号強度Ｑ0及びＱpの比Ｒ（Ｔ’）＝Ｑ0／Ｑpが互いに異なる値となる。したがって、この比の値を利用することにより、２種類のパルス波形を弁別することができる。
【０１６８】
図２０のグラフには、減衰時定数τ1のパルス波形での積分信号強度の比Ｒ1（Ｔ’）＝Ｇ1（Ｔ’）／Ｇ1（Ｔp）、及び減衰時定数τ2のパルス波形での積分信号強度の比Ｒ2（Ｔ’）＝Ｇ2（Ｔ’）／Ｇ2（Ｔp）について、それぞれ実効積分時間Ｔ’に対する依存性を示している。
【０１６９】
積分時間がＴ’＝Ｔpであれば、これらの比はＲ1（Ｔ’）＝Ｒ2（Ｔ’）＝１である。そして、実効積分時間Ｔ’が長くなるにしたがって、比Ｒ1（Ｔ’）及びＲ2（Ｔ’）はそれぞれ増大すると同時に、両者の差が増大する。これに対して、比Ｒ1（Ｔ’）及びＲ2（Ｔ’）の差がパルス波形弁別器２５において判別可能となる積分時間によって、実効積分時間Ｔ’に対する最小積分時間Ｔminを設定する。また、比Ｒ1（Ｔ’）及びＲ2（Ｔ’）の２つの曲線の略中心に、波形弁別曲線Ｒp（Ｔ’）を設定しておく。
【０１７０】
これにより、信号パルスＰ0から実際に求められた積分信号強度の比Ｒ（Ｔ’）＝Ｑ0／Ｑpの値に対して、パルス波形弁別器２５において上記した波形弁別曲線Ｒp（Ｔ’）の値と比較を行うことによって、パルス波形を弁別することができる。
【０１７１】
すなわち、求められた比がＱ0／Ｑp＞Ｒpであれば、測定対象となっている信号パルスＰ0は減衰時定数τ1のパルス波形を有するものである。このとき、パルス波形弁別器２５は、波形弁別結果としてｘ0＝１を出力する。一方、Ｑ0／Ｑp＜Ｒpであれば、信号パルスＰ0は減衰時定数τ2のパルス波形を有するものである。このとき、パルス波形弁別器２５は、波形弁別結果としてｘ0＝２を出力する。
【０１７２】
このように、パルス波形弁別を伴ってエネルギー測定を行うことにより、例えばそれぞれ異なる減衰時定数を有する複数のシンチレータからの信号パルスがエネルギーの測定対象として入力されるような場合など、異なるパルス波形の信号パルスが入力される場合において、それぞれのパルス波形に対応する好適な算出方法を用いてエネルギーの算出を行うことができる。
【０１７３】
上記したパルス波形弁別を伴う場合について、エネルギー算出及びパイルアップ補正のシミュレーションを行った。ここでは、信号パルスＰのパルス波形について、それぞれ減衰時定数τ1＝１００ｎｓまたはτ2＝５０ｎｓの単一の指数関数成分による２種類の時間波形を仮定し、これらのパルスは同じ確率でランダムに発生すると仮定した。また、エネルギーは一定（光電子数２０００）とした。また、他の条件については、リセット時間をＴr＝５０ｎｓ、固定の積分時間をＴp＝３０ｎｓ、実効積分時間Ｔ’に対する最小積分時間をＴmin＝５０ｎｓ、最大積分時間をＴmax＝５００ｎｓにそれぞれ設定した。
【０１７４】
図２１は、入力信号パルスに対してパルス波形弁別及びパイルアップ補正を行って求められたエネルギー算出値の分布を示すグラフであり、図２１（ａ）は、積分時間の補正及びパイルアップ補正を行わなかった条件１でのエネルギー分布、図２１（ｂ）は、積分時間の補正のみを行った条件２でのエネルギー分布、図２１（ｃ）は、積分時間の補正及びパイルアップ補正を両方とも行った条件３でのエネルギー分布をそれぞれ示している。
【０１７５】
また、各グラフには、入力計数率について、（１）０．１Ｍｃｐｓ、（２）１Ｍｃｐｓ、（３）２．５Ｍｃｐｓ、及び（４）５Ｍｃｐｓの４条件でそれぞれシミュレーションを行って得られたエネルギー分布を示している。
【０１７６】
まず、パイルアップ補正を行わず、かつ、積分時間の補正を行わずに積分信号強度ＱをそのままエネルギーＥとした図２１（ａ）のグラフでは、入力計数率が増大するにつれて、エネルギー分解能が低下するとともに、積分時間が短くなることによる低エネルギー側の分布、及び信号パルスのパイルアップによる高エネルギー側の分布を生じている。また、積分時間の補正のみを行った図２１（ｂ）のグラフでは、積分時間による低エネルギー側の分布はなくなっているものの、パイルアップによる高エネルギー側の分布は残っている。
【０１７７】
これに対して、積分時間の補正及びパイルアップ補正を両方とも行った図２１（ｃ）のグラフでは、低エネルギー側及び高エネルギー側の分布がいずれも解消されている。また、そのエネルギー分解能も向上されている。
【０１７８】
図２２は、入力信号パルスに対してパイル波形弁別及びパイルアップ補正を行って求められたエネルギー算出値のＦＷＨＭ及びＦＷＴＭを示すグラフであり、図２１と同様に、条件１、２、及び３のそれぞれについて対応するグラフを示している。これらのグラフから、積分時間の補正及びパイルアップ補正を両方とも行った条件３において、入力信号パルス数の増大に伴うエネルギー分解能の低下が極力抑制されていることがわかる。
【０１７９】
また、図２３は、上記したシミュレーション結果における計数率特性を示すグラフである。この場合は最小積分時間を５０ｎｓに設定した結果、出力計数率は１０Ｍｃｐｓで飽和している。
【０１８０】
次に、エネルギー測定装置の第５実施形態として、ガンマカメラやＰＥＴ装置などに用いられる２次元位置検出型の放射線検出器からの信号パルスに対して適用する場合について説明する。ここでは、その一例として、ＰＥＴ装置によく用いられる２次元位置検出型のブロック検出器からの信号パルスに対して適用する場合について述べる。図２４はこのような実施形態の構成を示すブロック図である。ここで用いたブロック検出器は、図２５に示すように、ＢＧＯ（ゲルマニュウム酸ビスマス）などのシンチレータＳＣの結晶を２次元のマトリックス状（例えば８行８列のマトリックス）に配列して、４本の角形光電子増倍管ＰＭＴを光学的に結合したもので、４本の光電子増倍管ＰＭＴからの信号パルスをそれぞれＰA、ＰB、ＰC、及びＰDとし、これらの各信号パルスのエネルギーをそれぞれＥA、ＥB、ＥC、及びＥDとし、それらを合計したエネルギーをＥとすると、γ線を検出したシンチレータのＸ座標及びＹ座標は、それぞれ次式
【０１８１】
【数１９】
【０１８２】
このような装置で信号パルスのパイルアップが起こると、放射線のエネルギーが正しく測定されないのみならず、放射線の検出位置が正しく測定されないために解像力の劣化や画像歪みが発生する。
【０１８３】
本実施形態のエネルギー測定装置１の構成は、基本的には、図４に示した構成を変形したものである。具体的には、トリガ信号生成器２１、ゲート信号生成器２２、及びパルス間隔計測器２３については、図４に示した実施形態と同様である。
【０１８４】
また、測定対象として入力される４つの信号パルスＰA0、ＰB0、ＰC0、及びＰD0に対して、それらの信号パルスを加算して合計の信号パルスＰ0を生成する和回路３５が設けられている。トリガ信号生成器２１には、この和回路３５で生成された信号パルスＰ0が入力される。
【０１８５】
一方、遅延回路３１及びゲート積分器３２については、ＰA0、ＰB0、ＰC0、ＰD0、及びＰ0の５つの信号パルスそれぞれに対応して、遅延回路３１A、３１B、３１C、３１D、及び３１E、ゲート積分器３２A、３２B、３２C、３２D、及び３２Eが設けられている。
【０１８６】
また、エネルギー算出部１０には、バッファメモリ４０及び４１については、信号パルスＰA0、ＰB0、ＰC0、ＰD0、及びＰ0にそれぞれ対応する積分信号強度ＱA0、ＱB0、ＱC0、ＱD0、及びＱ0が記憶されるバッファメモリ４０A、４０B、４０C、４０D、及び４０E、信号パルスＰA1、ＰB1、ＰC1、ＰD1、及びＰ1にそれぞれ対応する積分信号強度ＱA1、ＱB1、ＱC1、ＱD1、及びＱ1が記憶されるバッファメモリ４１A、４１B、４１C、４１D、及び４１Eが設けられている。また、信号パルスＰ0に対応するパルス間隔Ｔ0が記憶されるバッファメモリ４０T、及び信号パルスＰ1に対応するパルス間隔Ｔ1が記憶されるバッファメモリ４１Tが設けられている。
【０１８７】
さらに、エネルギー演算器１１については、信号パルスＰA0、ＰB0、ＰC0、ＰD0、及びＰ0にそれぞれ対応するエネルギー演算器１１A、１１B、１１C、１１D、及び１１Eが設けられている。なお、この図２４においては、エネルギー算出部１０に設けられるルックアップテーブル１２については、図示を省略している。
【０１８８】
以上の構成において、信号パルスＰA0は、遅延回路３１A、ゲート積分器３２A、バッファメモリ４０A、４１A、及びエネルギー演算器１１Aによって信号処理され、対応するエネルギーＥA0が算出される。また、信号パルスＰB0は、遅延回路３１B、ゲート積分器３２B、バッファメモリ４０B、４１B、及びエネルギー演算器１１Bによって信号処理され、対応するエネルギーＥB0が算出される。また、信号パルスＰC0は、遅延回路３１C、ゲート積分器３２C、バッファメモリ４０C、４１C、及びエネルギー演算器１１Cによって信号処理され、対応するエネルギーＥC0が算出される。また、信号パルスＰD0は、遅延回路３１D、ゲート積分器３２D、バッファメモリ４０D、４１D、及びエネルギー演算器１１Dによって信号処理され、対応するエネルギーＥD0が算出される。
【０１８９】
また、信号パルスＰA0、ＰB0、ＰC0、及びＰD0が加算された信号パルスＰ0は、遅延回路３１E、ゲート積分器３２E、バッファメモリ４０E、４１E、及びエネルギー演算器１１Eによって信号処理され、対応する全体のエネルギーＥ0が算出される。そして、これらのエネルギーＥA0、ＥB0、ＥC0、ＥD0、及びＥ0から、式（１９）を用いてγ線を検出したシンチレータの位置が求められる。
【０１９０】
ただし、このようにして得られるＸ座標及びＹ座標は必ずしもシンチレータの正確なＸ座標及びＹ座標に比例しておらず、かつ統計雑音を含んでいる。一方、シンチレータの正確な位置はその配列から複数の位置のいずれかであることが判っているので、あらかじめ用意されたルックアップテーブルによって、測定された座標値を正しい座標値に変換する必要がある。また、エネルギーＥ0は検出された放射線のエネルギーに相当するので、この信号を波高分析することによって放射線のエネルギー選別を行う。
【０１９１】
本発明によるエネルギー測定方法及び測定装置は、上記した実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、信号パルスのパイルアップ補正については、上述した単一指数関数補正法、２項近似法、３項近似法、及び多項補正法に限らず、積分信号強度、パルス間隔、及びエネルギーを用いるものであれば、具体的なパルス波形等に応じて様々な補正法を用いて良い。
【０１９２】
また、エネルギー算出部１０に設けるバッファメモリの構成については、パイルアップ補正で使用されるデータに応じて適宜構成を変更することが好ましい。
【０１９３】
【発明の効果】
本発明によるエネルギー測定方法及び測定装置は、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、測定対象の信号パルスでの積分信号強度及びパルス間隔からエネルギーを算出するとともに、その信号パルスよりも前に入力された信号パルスでの積分信号強度またはエネルギーの少なくとも一方及びパルス間隔からパイルアップ補正を行うエネルギー測定方法及び測定装置によれば、信号パルスにパイルアップされた他の信号パルスの影響を除外して、個々の信号パルスのエネルギーを正しくかつ精度良く測定することができる。
【０１９４】
このような信号パルスのパイルアップの問題は、様々な形態の放射線検出器その他の装置において生じるものである。したがって、上記したエネルギー測定方法及び測定装置は、放射線のエネルギーや放射線の検出位置に関する情報の測定が必要な様々な装置、例えばシンチレーション検出器、エネルギースペクトロメータ、放射線位置検出器、ガンマカメラ、ＳＰＥＣＴ装置、及びＰＥＴ装置など、に対して広く適用することが可能であり、これらの装置のエネルギー分解能や解像力を高い計数率においても良好に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エネルギーの測定対象となる信号パルスのパルス波形の一例を模式的に示すグラフである。
【図２】信号パルスのパイルアップの発生について示すグラフである。
【図３】エネルギー測定装置の第１実施形態の構成を示すブロック図である。
【図４】エネルギー測定装置の第２実施形態の構成を示すブロック図である。
【図５】信号パルスのパルス波形に対するパルス間隔及び実効積分時間について示すグラフである。
【図６】信号パルスのパルス波形の他の例を模式的に示すグラフである。
【図７】エネルギー測定装置の第３実施形態の構成を示すブロック図である。
【図８】エネルギー算出部の構成の例を示すブロック図である。
【図９】エネルギー算出部の構成の例を示すブロック図である。
【図１０】入力信号パルスに対して単一指数関数補正法を用いて求められたエネルギー算出値の分布を示すグラフである。
【図１１】入力信号パルスに対して単一指数関数補正法を用いて求められたエネルギー算出値のＦＷＨＭ及びＦＷＴＭを示すグラフである。
【図１２】入力信号パルスに対して２項近似法、３項近似法、及び多項補正法を用いて求められたエネルギー算出値のＦＷＨＭ及びＦＷＴＭを示すグラフである。
【図１３】入力信号パルス数と出力数との相関について示すグラフである。
【図１４】入力信号パルスに対して２項近似法、３項近似法、及び多項補正法を用いて求められたエネルギー算出値のＦＷＨＭ及びＦＷＴＭを示すグラフである。
【図１５】入力信号パルスに対して（ａ）３項近似法、及び（ｂ）多項近似法を用いて求められたエネルギー算出値の分布を示すグラフである。
【図１６】入力信号パルスに対して単一指数関数補正法、及び従来の補正法を用いて求められたエネルギー算出値のＦＷＨＭを示すグラフである。
【図１７】入力信号パルスに対して（ａ）単一指数関数補正法、及び（ｂ）従来の補正法を用いて求められたエネルギー算出値の分布を示すグラフである。
【図１８】エネルギー測定装置の第４実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１９】信号パルスに対してパルス波形弁別を行うための積分時間の設定について示すグラフである。
【図２０】信号パルスのパルス波形の弁別方法について示すグラフである。
【図２１】入力信号パルスに対してパルス波形弁別及びパイルアップ補正を行って求められたエネルギー算出値の分布を示すグラフである。
【図２２】入力信号パルスに対してパルス波形弁別及びパイルアップ補正を行って求められたエネルギー算出値のＦＷＨＭ及びＦＷＴＭを示すグラフである。
【図２３】入力信号パルス数と出力数との相関について示すグラフである。
【図２４】エネルギー測定装置の第５実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２５】２次元位置検出型のＰＥＴ用ブロック検出器の構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…エネルギー測定装置、１０…エネルギー算出部、１１…エネルギー演算器、１２…ルックアップテーブル、４０、４１、４２、４５、４６、４７、５０…バッファメモリ、
２１…トリガ信号生成器、２２…ゲート信号生成器、２３…パルス間隔計測器、２４…サンプル時間設定部、２５…パルス波形弁別器、３１…遅延回路、３２…ゲート積分器、３３、３４…Ａ／Ｄ変換器、３５…和回路。
Claims (14)
- 測定対象の信号パルスのパルス波形に対し、その信号強度を積分して前記信号パルスのエネルギーを測定するエネルギー測定方法であって、入力された信号パルスに対し、前記信号パルスから次の信号パルスまでの時間間隔であるパルス間隔を取得するパルス間隔取得ステップと、
前記パルス間隔に対応するように設定された所定の積分時間で、前記信号パルスの信号強度を積分して積分信号強度を取得する積分強度取得ステップと、
前記積分強度取得ステップで取得された前記積分信号強度、及び前記パルス間隔取得ステップで取得された前記パルス間隔から、前記信号パルスの全積分強度に対応するエネルギーを算出するエネルギー算出ステップとを備え、
前記エネルギー算出ステップにおいて、測定対象の前記信号パルスでの前記積分信号強度及び前記パルス間隔から算出された補正前のエネルギーに対して、該信号パルスよりも前に入力された信号パルスでの前記積分信号強度または前記エネルギーの少なくとも一方及び前記パルス間隔からパイルアップ補正を行って、補正後の前記エネルギーを算出することを特徴とするエネルギー測定方法。 - 前記エネルギー算出ステップにおいて、前記パルス間隔Ｔに基づいて決定される係数Ａ（Ｔ）及びＢ（Ｔ）を用い、
時刻ｔ0に入力された信号パルスＰ0の前記エネルギーＥ0を、前記信号パルスＰ0での積分信号強度Ｑ0及びパルス間隔Ｔ0と、時刻ｔ1（ｔ1＜ｔ0）に連続して入力された信号パルスＰ1での積分信号強度Ｑ1及びパルス間隔Ｔ1とから、次式
Ｅ0＝Ｑ0・Ａ（Ｔ0）−Ｑ1・Ｂ（Ｔ1）
により算出することを特徴とする請求項１記載のエネルギー測定方法。 - 前記エネルギー算出ステップにおいて、測定対象の前記信号パルスよりも前に入力された信号パルスのうちで前記パイルアップ補正に用いる信号パルスの個数をＪ個（Ｊ＝１以上の整数）とするとともに、前記パルス間隔Ｔに基づいて決定される係数Ｃ0（Ｔ）及びＣj（Ｔ）（ｊ＝１、…、Ｊ）を用い、
時刻ｔ0に入力された信号パルスＰ0の前記エネルギーＥ0を、前記信号パルスＰ0での積分信号強度Ｑ0及びパルス間隔Ｔ0と、それぞれ時刻ｔj（ｔj＜ｔj-1）に連続して入力されたＪ個の信号パルスＰjでのエネルギーＥj及びパルス間隔Ｔjとから、次式
Ｅ0＝Ｑ0・Ｃ0（Ｔ0）
−Σj=1…JＥj・Ｃj（Ｔj）
により算出することを特徴とする請求項１記載のエネルギー測定方法。 - 前記エネルギー算出ステップにおいて、前記パルス間隔Ｔに基づいて決定される係数Ｄ0（Ｔ）、Ｄ1（Ｔ）及びＤ2（Ｔ）を用い、
時刻ｔ0に入力された信号パルスＰ0の前記エネルギーＥ0を、前記信号パルスＰ0での積分信号強度Ｑ0及びパルス間隔Ｔ0と、時刻ｔ1（ｔ1＜ｔ0）に連続して入力された信号パルスＰ1でのエネルギーＥ1及びパルス間隔Ｔ1と、時刻ｔ2（ｔ2＜ｔ1）に連続して入力された信号パルスＰ2での積分信号強度Ｑ2及びパルス間隔Ｔ2とから、次式
Ｅ0＝Ｑ0・Ｄ0（Ｔ0）
−Ｅ1・Ｄ1（Ｔ1）−Ｑ2・Ｄ2（Ｔ2）
により算出することを特徴とする請求項１記載のエネルギー測定方法。 - 前記エネルギー算出ステップにおいて、前記パルス間隔Ｔに基づいて決定され、前記エネルギーの算出に用いられる前記係数のそれぞれについて、複数の前記パルス間隔の値に対してあらかじめ求められた前記係数の値から作成されたルックアップテーブルを用いることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項記載のエネルギー測定方法。
- 前記信号パルスのパルス波形をあらかじめ設定された波形弁別条件に基づいて複数種類のパルス波形に弁別するパルス波形弁別ステップをさらに備え、
前記エネルギー算出ステップにおいて、前記パルス波形弁別ステップで弁別された前記パルス波形の種類に対応した算出方法を用いて前記エネルギーを算出することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載のエネルギー測定方法。 - 測定対象の信号パルスのパルス波形に対し、その信号強度を積分して前記信号パルスのエネルギーを測定するエネルギー測定装置であって、入力された信号パルスを分岐した一方を入力し、前記信号パルスに対応するトリガ信号を生成するトリガ信号生成手段と、
前記トリガ信号生成手段からの前記トリガ信号を入力し、前記トリガ信号に基づいて、信号強度の積分を指示するためのゲート信号を生成するゲート信号生成手段と、
前記トリガ信号生成手段からの前記トリガ信号を入力し、前記信号パルスでのパルス間隔として、前記トリガ信号から次のトリガ信号までの時間間隔を計測するパルス間隔計測手段と、
入力された前記信号パルスを分岐した他方を入力し、所定の遅延時間だけ遅延させる遅延手段と、
前記遅延手段で遅延された前記信号パルス、及び前記ゲート信号生成手段からの前記ゲート信号を入力し、前記ゲート信号の指示に基づいて設定された所定の積分時間で、前記信号パルスの信号強度を積分して積分信号強度を取得するゲート積分手段と、
前記ゲート積分手段で取得された前記積分信号強度、及び前記パルス間隔計測手段で計測された前記パルス間隔から、前記信号パルスの全積分強度に対応するエネルギーを算出するエネルギー算出手段とを備え、
前記エネルギー算出手段は、測定対象の前記信号パルスでの前記積分信号強度及び前記パルス間隔から算出された補正前のエネルギーに対して、該信号パルスよりも前に入力された信号パルスでの前記積分信号強度または前記エネルギーの少なくとも一方及び前記パルス間隔からパイルアップ補正を行って、補正後の前記エネルギーを算出することを特徴とするエネルギー測定装置。 - 前記エネルギー算出手段は、前記パイルアップ補正の演算を含む前記エネルギーを算出するための演算を行うエネルギー演算手段と、測定対象の前記信号パルスでの前記積分信号強度及び前記パルス間隔を記憶する第１バッファメモリと、該信号パルスよりも前に入力された信号パルスでの前記積分信号強度または前記エネルギーの少なくとも一方及び前記パルス間隔を記憶する第２バッファメモリとを有することを特徴とする請求項７記載のエネルギー測定装置。
- 前記エネルギー算出手段は、前記パルス間隔Ｔに基づいて決定される係数Ａ（Ｔ）及びＢ（Ｔ）を用い、
時刻ｔ0に入力された信号パルスＰ0の前記エネルギーＥ0を、前記信号パルスＰ0での積分信号強度Ｑ0及びパルス間隔Ｔ0と、時刻ｔ1（ｔ1＜ｔ0）に連続して入力された信号パルスＰ1での積分信号強度Ｑ1及びパルス間隔Ｔ1とから、次式
Ｅ0＝Ｑ0・Ａ（Ｔ0）−Ｑ1・Ｂ（Ｔ1）
により算出することを特徴とする請求項７または８記載のエネルギー測定装置。 - 前記エネルギー算出手段は、測定対象の前記信号パルスよりも前に入力された信号パルスのうちで前記パイルアップ補正に用いる信号パルスの個数をＪ個（Ｊ＝１以上の整数）とするとともに、前記パルス間隔Ｔに基づいて決定される係数Ｃ0（Ｔ）及びＣj（Ｔ）（ｊ＝１、…、Ｊ）を用い、
時刻ｔ0に入力された信号パルスＰ0の前記エネルギーＥ0を、前記信号パルスＰ0での積分信号強度Ｑ0及びパルス間隔Ｔ0と、それぞれ時刻ｔj（ｔj＜ｔj-1）に連続して入力されたＪ個の信号パルスＰjでのエネルギーＥj及びパルス間隔Ｔjとから、次式
Ｅ0＝Ｑ0・Ｃ0（Ｔ0）
−Σj=1…JＥj・Ｃj（Ｔj）
により算出することを特徴とする請求項７または８記載のエネルギー測定装置。 - 前記エネルギー算出手段は、前記パルス間隔Ｔに基づいて決定される係数Ｄ0（Ｔ）、Ｄ1（Ｔ）及びＤ2（Ｔ）を用い、
時刻ｔ0に入力された信号パルスＰ0の前記エネルギーＥ0を、前記信号パルスＰ0での積分信号強度Ｑ0及びパルス間隔Ｔ0と、時刻ｔ1（ｔ1＜ｔ0）に連続して入力された信号パルスＰ1でのエネルギーＥ1及びパルス間隔Ｔ1と、時刻ｔ2（ｔ2＜ｔ1）に連続して入力された信号パルスＰ2での積分信号強度Ｑ2及びパルス間隔Ｔ2とから、次式
Ｅ0＝Ｑ0・Ｄ0（Ｔ0）
−Ｅ1・Ｄ1（Ｔ1）−Ｑ2・Ｄ2（Ｔ2）
により算出することを特徴とする請求項７または８記載のエネルギー測定装置。 - 前記エネルギー算出手段は、前記パルス間隔Ｔに基づいて決定され、前記エネルギーの算出に用いられる前記係数のそれぞれについて、複数の前記パルス間隔の値に対してあらかじめ求められた前記係数の値から作成されたルックアップテーブルを有することを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一項記載のエネルギー測定装置。
- 前記信号パルスのパルス波形をあらかじめ設定された波形弁別条件に基づいて複数種類のパルス波形に弁別するパルス波形弁別手段をさらに備え、
前記エネルギー算出手段は、前記パルス波形弁別手段で弁別された前記パルス波形の種類に対応した算出方法を用いて前記エネルギーを算出することを特徴とする請求項７〜１２のいずれか一項記載のエネルギー測定装置。 - 前記ゲート積分手段において前記信号パルスの信号強度を積分する前記積分時間を、測定対象の前記信号パルスそれぞれに対して、あらかじめ設定された最大積分時間Ｔmax、及び前記パルス間隔Ｔから前記ゲート積分手段のリセット時間Ｔrを引いた時間Ｔ−Ｔrのうちの短い時間である実効積分時間Ｔ’
Ｔ’＝ｍｉｎ（Ｔmax，Ｔ−Ｔr）
として設定することを特徴とする請求項７〜１３のいずれか一項記載のエネルギー測定装置。
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