JPS63171387A - 放射線エネルギ−弁別方法 - 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】 産業上の利用分野 この発明は医療に用いられるＸ線診断装置あるいは工業
に用いられる非破壊検査装置に用いられるデータ処理あ
るいは画像処理方法における放射線エネルギー弁別方法
に関する。

従来の技術 第２図に放射線の光電効果による吸収機構を示す。入射
放射線１が原子に入射すると、殻外軌道電子のりちに殻
電子に主として吸収され、Ｋ殻電子を励起電子２として
膜外に放出する。この励起電子２が半導体の中で電子−
正孔対を生じさせ、その電子−正孔対により生じる電流
もしくは電圧をパルス計測することによシ放射線の光子
数の検出が可能となる。このに殻電子の無くなった状態
は、より外殻の電子かに殻軌道に入ることによシおぎな
われる。この外殻電子かに殻に遷移すると、軌道エネル
ギー差のエネルギーをに膜特性Ｘ線３として放出する。

この現象を半導体放射線検出器内での現象として表した
図が第、３図である。半導体検出器４内で放射線１が吸
収されると、励起電子２とに膜特性Ｘ線３とを生じ、励
起電子２は半導体結晶幅で大半のエネルギーを失うか、
Ｋ膜特性Ｘ線３は結晶面近傍で生じた場合は結晶外に放
射される場合がある。この結晶外に出る現象をに膜特性
Ｘ線エスケープと呼び、この現象が生じると、検出器か
ら出力される電荷量は減少し、出力パルスの波高値が小
さくなる。この現象を出力パルス波高値で示したのが第
４図である。第４図６は入射放射線のエネルギーと光子
数を示したものである。しかし実測を行なうと単一エネ
ルギーＥ′の放射線カ入射した場合、半導体放射線検出
器からの化カバ、ユ波高分布は第３図すのようになる。

すなわち、入射エネルギーＥに対応した波高のパースと
、エネルギーＥ−Ｅ、（Ｅ、：　Ｋ殻電子の束縛エネル
ギー）に対応した波高のパルスの２つのパルス群に分か
れることになる。

次に連続エネルギーの放射線を照射した場合を考える。

第５図に放射線源としてＸ線を用いたときのＸ線管から
放出されるエネルギー分布を示す。

このような連続エネルギーの放射線が半導体放射線検出
器に入射した場合、検出器からのＩ（ルス出力波高分布
は第６図中の実線で示したトータルスペクトルのような
分布となる。その成分はに殻電子の束縛エネルギーＥ、
を境としてＬ殻光電吸収スペクトル、Ｋ殻光電吸収スペ
クトルおよびに殻ｗ性ｘｓエスケープビークスペクトル
の加算されたスペクトル分布からなっている。

発明が解決しようとする問題点 上記のごとく、Ｋ殻特性Ｘ線エスケープが生じる場合、
入射する連続エネルギー放射線に対し、半導体放射線検
出器からの出力波高スペクトルは入射放射線エネルギー
分布に対して対応しておらず、低エネルギー側にシフト
したスペクトル分布をしておル、この分布をディスクリ
ミネータを用いて２つのエネルギー帯に分割しても、そ
れから得られるデータは入射エネルギーに対応しない。

問題点を解決するための手段 に殻特性Ｘ線エスケープピークスペクトルを半導体放射
線検出器に使用する材料および形状を考慮し、Ｋ膜特性
Ｘ線エスケープビークの計数値を低エネルギー側よシ減
算し、高エネルギー側に加算することにより補正を行な
う。

すなわち、入射放射線の光子エネルギーをディスクリミ
ネータを用いて２種類のエネルギー帯に分割して光子計
数を行ない、高エネルギー帯の光子計数値に所定の係数
を乗じてに膜特性Ｘ線エスケープの光子計数値を算出し
、このに殻特性Ｘ線エスケープ光子計数値を高エネルギ
ー光子計数値に加算した値を真の高エネルギー光子計数
値とする。さらに、上記に殻特性Ｘ線エスケープ光子計
数値を低エネルギー光子計数値から減算した値を真の低
エネルギー光子計数値とすることにより、Ｋ膜特性Ｘ線
エスケープビークの補正を行なう。

作　　用 上記の方法により、入射放射線を２つのエネルギー帯に
分離して光子計数を行なう際に、半導体放射線検出器の
材料に特有のに殻特性Ｘ線エスケープピークの影響があ
る場合にも、Ｋ膜特性Ｘ線エスケープビークの補正を行
なうことにより、正しいエネルギー帯の分離が可能とな
る。

実施例 第６図に示すような入射Ｘ線エネルギースペクトルをｆ
（６）とすると、積算光子数Ｆ（２）は次式で表すこと
ができる。

Ｆ（勾＝ｆ″ｆ＠ｄＥ　　　　　　　・・・・・・・・
・・・・・・・（１）半導体放射線検出器により吸収さ
れるＸ線吸収光子数をＦ　’（Ｅｌとすると、Ｆ’（Ｅ
）　　は次式で表すことができる。

Ｆ　’＃−／″ｆ（６）（１−叫（−μ（２）ｘ））ｄ
ｌｉ：　　・・・・・・・・・（謁μ（６）：検出器の
吸収係数 Ｘ　：検出器の厚さ く２）式で示す吸収エネルギースペクトルに対し、Ｋ殻
特性Ｘ線エスケープを生じる場合、出力エネルギースペ
クトルを第６図にしたがって分割すると、トータルスペ
クトルの積算光子数は次の２つの式の和、Ｆ＃（６）＋
Ｆ″（Ｅ−Ｅ、）となる。

＋（１−Ａ）７１戸（１−ＬＥＱ（−μｍ））ｄＥ・・
・（３）Ｆ＃（Ｅ−Ｅ、）＝Ａ／’；、Ｑ（１−ｅｗ（
−μ（Ｅｌり）ｄＥ・（４）ここで（３）式の意味を説
明すると、ｌｒ／／（６）の第１項は第６図中り殻光電
吸収エネルギースペクトル、第２項はに殻光電吸収スペ
クトルの積算光子数、（４）式のＦｌ′（ト）はに殻特
性Ｘ線エスケープビークスペクトルの積算光子数を表し
ている。ここで定数Ａは、検出器材料個有の性質すなわ
ち吸収係数μ（勾およびに殻電子束縛エネルギーＥ、お
よび検出器形状による効果の両方を考慮して定められる
１以下の定数である。この定数Ａを定めることにより、
（３）　、　（４式を用いて半導体放射線検出器からの
出力パルス波高スペクトルを式（２に示す半導体放射線
検出器に吸収されるＸ線エネルギースペクトルに変換が
可能となる。

この変換を実際のエネルギー弁別に応用する。

第１図は半導体放射線検出器の出力パルス波高スペクト
ルに）をディスクリミネタＥ、およびＥ２　を用いて２
２種類のエネルギー領域に分離する際の、それぞれの成
分を示したものである。Ｅ１〜Ｅ２の低エネルギー領域
はＬ殻光電吸収スペクトル十に殻光電吸収スペクトルの
一部の和（１）とに膜特性Ｘ線エスケープピークスペク
トル（３）の和（噂からなっており、８２以上の高エネ
ルギー領域は大半かに殻光電吸収スペクトルからなって
いる。図中（１）　、　（２）。

（３）の和が出力エネルギースペクトル（ロ）である。

ここでエネルギー弁別という考え方からスペクトルとい
う名称をやめ、積分されたカウント数にあらためる。ト
ータルカウント数をＦに）、領域（１）のカウント数を
Ｆ（１）、領域（掲のカウント数をＦ（ｇ、領域（′４
のカウント数をＦ（３）とすると、次式が成立する。

Ｆ（至）＝Ｆ（１）＋　Ｆ（２）＋　Ｆ（３）　　　　
　　・・・・・・・・・・・・（６）ＥｉとＥ２が近け
れば（３）式の第２項および（４式は次のように書き替
えられる。

（１−Ａ）ｆｏｏＡＥ）［１−郷（−μ（Ｉｉ）ｘ））
ｄＥ＝Ｆ（２）　　−（６）Ｅ２　　　　　　　　・ Ａ／’Ｍ２ｆ（”）（’−呻（−ａ（ａｘ）ｄｌｉ：＝
Ｆ（３）　　・−”・・・・・（η（橢、（７）式より （５）　、　（鴫式より Ｆ（１）＝Ｆに）−Ｆ（鏑−Ｆ（鴫 ＝Ｆ■−−Ｆ＠　　　　　・・・・・・・・・・・・・
・・（９）−Ａ （５）　、　（８）　、　＠式から分かることは、ディ
スクリミネータＥ４．Ｅ２を用いて、半導体放射線検出
器からの出力パルスを計数し、８１以上のトータルカウ
ントＦに）と８２以上のカウントＦ（２）の測定を行な
うことにより、Ｅ１〜Ｅ２の範囲の真の低エネルギー光
子計数値Ｆ（１）と８２以上の真の高エネルギー計数値
Ｆ　（２）　＋　Ｆ　（ｓ）を求めることができること
を意味しており、その計算式はそれぞれ下記のようＫな
る。

Ｆ（１）＝Ｆに）−ＴＴｆＦ（２）　　　　　　・・・
・・・・・・（９）Ｆ（噂＋Ｆ（３）＝Ｆ（２）＋ノ―
Ｆ（掲−Ａ １＋Ａ ＝Ｔ−ｒＦ（２・・・・・・・・川 このようにして、定数Ａを導入することにより、Ｋ殻特
性Ｘ線エスケープという現象を生じても半導体放射線検
出器で吸収した放射線光子のエネルギー弁別を正確に行
なうことが可能となる。

この定数Ａを決定する方法は、まず第３図ａ゛に示すよ
うに半導体放射線検出器に単一エネルギーＥの放射線を
照射する。その結果半導体放射線検出器の出力パルス波
高スペクトルには、入射エネルギーＥに対応したピーク
の他にエネルギーＥ−に、に対応した所にに殻特性Ｘ線
エスケープによるピークを生じる。両ピークのトータル
カウント数が半導体放射線検出器に吸収させた放射線光
子数であり、トータルカウント数に対するに膜特性Ｘ線
エスケープビークのカウント数の比が、決定すべきＡの
値となる。このＡの値は検出器材料の吸収係数および形
状（大きさ、厚さ）およびに殻電子束縛エネルギーＥｉ
　の関数となり、実験的に求める必要がある。

第１表に本発明に用いることのできる半導体放射線検出
器の素材の元素のに殻電子束縛エネルギー（Ｋ吸収端エ
ネルギー）の値を示す。ＳｔはＥ。

が約２　ＫｅＶ　と低（，１０ＫｅＶ以下の低エネルギ
ー領域において、ＧｏおよびＧａＡｔｒはＥ・が１０〜
１２ＫｅＶであル、１００ＫｅＶ以下、特に５０　Ｋｅ
Ｖ以下のエネルギー領域において、ＣｄＴｅはＥ、が約
３０ＫｅＶ　　であシ、１００−２００ＫｅＶ以下のエ
ネルギー領域において本願の放射線エネルギー弁別方法
が非常に有効となる。またＨ９Ｉは！のＥｉ　が約３３
　ＫｅＶ　、　ＨｇのＥｉが約８３　ＫｅＶとはなれて
いるために少し複雑となるが、〜２００ＫｅＶ以下のエ
ネルギー領域に対して有効となる。

第１表 以下、単一の検出器を用いた放射線エネルギー弁別方法
に関して述べた。検出器が複数個の検出器列１例えば−
次元検出器アレイまたは二次元平面検出器に本願の放射
線エネルギー弁別方法を応用する場合、Ｋ膜特性Ｘ線エ
スケープの隣接検出器への入射、いいかえると、隣接検
出器から放出されるに膜特性Ｘ線エスケープの入射を考
慮する必要がある。すなわち、第３図すに示すに殻特性
Ｘ線エスケープピークのカウント数が増加する現象、に
膜特性Ｘ線エスケープによる隣接検出器間のクロストー
クが現れる。この様な場合は、定数Ａの値を検出器構造
を考慮して変更することによル、隣接検出器間のクロス
トークを補正した放射線エネルギー弁別が可能となる。

発明の効果 本発明によれば、入射放射線を２つのエネルギー領域に
分割して計数を行なう場合、半導体放射線検出器特有の
に殻特性Ｘ１ｌＪエスケープを生じる場合でも、前もっ
て補正の定数を定めることによシ、Ｋ膜特性Ｘ線エスケ
ープによる測定誤差を除いた放射線エネルギー弁別を行
なうことができる。

本出願による方法をＸ線画像診断に用いれば、被写体に
対して１回のＸ線照射を行なうことにより、被写体を透
過した放射線を２つのエネルギー領域からなる画像に分
けることが可能となる。さらにはそれらの画像の差分を
取ることにより、エネルギー差分法と呼ばれる画像処理
が可能となる。その結果、従来具なるエネルギーの放射
線を用いて２回照射し、その画像の差分を取る場合に生
じる撮影時間の時間差による画像のずれといつ問題を、
本出願による方法によシ解消することができ、被写体の
ずれの全くない２つの画像およびその差分画像を得るこ
とが可能となる。さらに、従来の異なるエネルギーの放
射線、特にＸ線の場合は、エネルギー範囲が広範囲に分
布している為に、異なるエネルギーを用いても実際のエ
ネルギースペクトルの分布は重なった部分ができるが、
本願発明によるエネルギー弁別は１重なシがなくエネル
ギー分離能力が非常に高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による出力パルス波高分布を示す図、第
２図はに殻光電効果の基本原理を示す図、第３図はに殻
特性Ｘ線エスケープ現象の模式図、第４図は単一エネル
ギー放射線の入射に対する出力パルス波高分布を示す図
、第６図は入射Ｘ線エネルギー分布を示す図、第６図は
検出器からの出力パルス波高分布を示す図である。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 そ刀し　１３７　　イＪＬ 第２図 第５図 第６図 ヒレ 浪鶏１ 轍 艷　　　　　　１ ｃｖ）！ 城　　　　　　　　　　綜 Ｒ仁へ五都

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体放射線検出器を用い、２つのディスクリミ
   ネートレベルをもうけ、入射放射線を２種類のエネルギ
   ー帯に分割して放射線光子計数を行なう方法であって、
   高いエネルギー帯の計数値を高エネルギー光子計数値、
   低いエネルギー帯の計数値を低エネルギー光子計数値と
   し、前記高エネルギー光子計数値に所定の係数を乗じた
   値を前記高エネルギー光子計数値に加算した値を真の高
   エネルギー光子計数値とし、また前記高エネルギー光子
   計数値に所定の係数を乗じた値を前記低エネルギー光子
   計数値から減算した値を真の低エネルギー光子計数値と
   して２つのエネルギー領域の光子数を得ることを特徴と
   する放射線エネルギー弁別方法。
2. （２）高エネルギー光子計数値と、真の低エネルギー光
   子計数値の２つのエネルギー領域の光子数を得ることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の放射線エネルギ
   ー弁別方法。
3. （３）検出する放射線エネルギー範囲が２００ＫｅＶ以
   下のエネルギー範囲であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の放射線エネルギー弁別方法。
4. （４）半導体放射線検出器に用いる半導体結晶材料がＧ
   ｅ、ＧａＡｓ、ＣｄＴｅ、ＨｇＩから選択された一種で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の放射
   線エネルギー弁別方法。