(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を検出する装置であって、
放射線検出器；
前記放射線検出器に接続されるアナログデジタル変換器（ADC）；及び
前記ADCに接続されるデータ処理器を含み、
前記放射線検出器は、透過X線とシンチレータとの作用後に生成された光信号を電気信号に変換し、
前記ADCは、前記電気信号に対して波形サンプリングを行い、波形データを取得し、前記データ処理器に送信し、
前記データ処理器は、前記波形データに基づいて単一光子信号個数を確定し、前記単一光子信号個数に基づいて、前記波形データの積分信号及び／又は計数信号を採用して結像を行うように確定し、
前記データ処理器が前記単一光子信号個数に基づいて、前記波形データの積分信号及び／又は計数信号を採用して結像を行うように確定することは、
前記データ処理器が前記単一光子信号個数と、所定の低閾値及び所定の高閾値との比較を行い；
もし前記単一光子信号個数が前記所定の低閾値よりも小さい場合、前記波形データの前記積分信号を結像信号とし、前記積分信号に基づいて結像を行わせ；
もし前記単一光子信号個数が前記所定の高閾値よりも大きい場合、前記波形データの前記計数信号を結像信号とし、前記計数信号に基づいて結像を行わせ；及び
もし前記単一光子信号個数が前記所定の低閾値と前記所定の高閾値との間にある場合、前記計数信号及び前記積分信号の加重値を結像信号として結像を行わせることを含む、装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、
前記データ処理器が前記波形データに基づいて単一光子信号個数を確定することは、
前記データ処理器が前記波形データに基づいて単一光子信号識別パラメータを取得し、前記単一光子信号識別パラメータは、ピーク振幅、ピーク個数、及び／又は積分面積大小を含み；及び
前記データ処理器が前記単一光子信号識別パラメータに基づいて前記波形データ中の前記単一光子信号個数を確定することを含む、装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置であって、
前記データ処理器は、所定の幅度閾値を超えたパルス波形データ信号の和を求め、前記波形データの前記積分信号を取得し；及び／又は
前記データ処理器は、前記所定の幅度閾値を超えたパルス波形データ信号に対してピークを識別することでパルス個数及びパルス幅度を確定し、前記波形データの前記計数信号を取得する、装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置であって、
前記放射線検出器からの電気信号を増幅処理した後に前記ADCに送信する増幅器；及び／又は
前記放射線検出器の温度変化に基づいて、前記放射線検出器のワーキングバイアス電圧を調整する温度補償器をさらに含む、装置。
【請求項５】
放射線を検出する方法であって、
透過X線とシンチレータとの作用後に生成された光信号を電気信号に変換し；
前記電気信号に対して波形サンプリングを行い、波形データを取得し；
前記波形データに基づいて、単一光子信号個数を確定し；及び
前記単一光子信号個数に基づいて、前記波形データの積分信号及び／又は計数信号を採用して結像を行うように確定し、
前記単一光子信号個数に基づいて、前記波形データの積分信号及び／又は計数信号を採用して結像を行うように確定することは、
前記単一光子信号個数と、所定の低閾値及び所定の高閾値との比較を行い；
もし前記単一光子信号個数が前記所定の低閾値よりも小さい場合、前記波形データの前記積分信号を結像信号とし、前記積分信号に基づいて結像を行わせ；
もし前記単一光子信号個数が前記所定の高閾値よりも大きい場合、前記波形データの前記計数信号を結像信号とし、前記計数信号に基づいて結像を行わせ；及び
もし前記単一光子信号個数が前記所定の低閾値と前記所定の高閾値との間にある場合、前記計数信号及び前記積分信号の加重値を結像信号として結像を行わせることを含む、方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、
前記波形データに基づいて単一光子信号個数を確定することは、
前記波形データに基づいて単一光子信号識別パラメータを取得し、前記単一光子信号識別パラメータは、ピーク振幅、ピーク個数及び／又は積分面積大小を含み；及び
前記単一光子信号識別パラメータに基づいて前記波形データ中の前記単一光子信号個数を確定することを含む、方法。
【請求項７】
請求項５に記載の方法であって、
所定の幅度閾値を超えたパルス波形データ信号の和を求め、前記波形データの前記積分信号を取得し；及び／又は
前記所定の幅度閾値を超えたパルス波形データ信号に対してピークを識別することでパルス個数及びパルス幅度を確定し、前記波形データの前記計数信号を取得することをさらに含む、方法。
【請求項８】
請求項５に記載の方法であって、
放射線検出器からの電気信号を増幅処理した後にADCに送信すること；及び／又は
前記放射線検出器の温度変化に基づいて、前記放射線検出器のワーキングバイアス電圧を調整することをさらに含む、方法。
【請求項９】
放射線検出データ処理器であって、
波形データに基づいて単一光子信号個数を確定する単一光子信号個数確定ユニット；及び
前記単一光子信号個数に基づいて、前記波形データの積分信号及び／又は計数信号を採用して結像を行うことを確定する結像信号確定ユニットを含み、
前記結像信号確定ユニットは、
前記単一光子信号個数と、所定の低閾値及び所定の高閾値との比較を行い；
もし前記単一光子信号個数が前記所定の低閾値よりも小さい場合、前記波形データの前記積分信号を結像信号とし、前記積分信号に基づいて結像を行わせ；
もし前記単一光子信号個数が前記所定の高閾値よりも大きい場合、前記波形データの前記計数信号を結像信号とし、前記計数信号に基づいて結像を行わせ；及び
もし前記単一光子信号個数が前記所定の低閾値と前記所定の高閾値との間にある場合、前記計数信号及び前記積分信号の加重値を結像信号として結像を行わせるために用いられる、放射線検出データ処理器。
【請求項１０】
放射線検出データ処理方法であって、
波形データに基づいて単一光子信号個数を確定し；及び
前記単一光子信号個数に基づいて、前記波形データの積分信号及び／又は計数信号を採用して結像を行うように確定することを含み、
前記単一光子信号個数に基づいて、前記波形データの積分信号及び／又は計数信号を採用して結像を行うように確定することは、
前記単一光子信号個数と、所定の低閾値及び所定の高閾値との比較を行い；
もし前記単一光子信号個数が前記所定の低閾値よりも小さい場合、前記波形データの前記積分信号を結像信号とし、前記積分信号に基づいて結像を行わせ；
もし前記単一光子信号個数が前記所定の高閾値よりも大きい場合、前記波形データの前記計数信号を結像信号とし、前記計数信号に基づいて結像を行わせ；及び
もし前記単一光子信号個数が前記所定の低閾値と前記所定の高閾値との間にある場合、前記計数信号及び前記積分信号の加重値を結像信号として結像を行わせることを含む、放射線検出データ処理方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の放射線検出データ処理方法であって、
前記波形データに基づいて単一光子信号個数を確定することは、
前記波形データに基づいて単一光子信号識別パラメータを取得し、前記単一光子信号識別パラメータは、ピーク振幅、ピーク個数、及び／又は積分面積大小を含み；及び
前記単一光子信号識別パラメータに基づいて、前記波形データ中の前記単一光子信号個数を確定することを含む、放射線検出データ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線検出技術分野に関し、特に、放射線検出装置及び方法並びにデータ処理方法及び処理器に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線検出結像システムの応用では、往々にして、サイズや物質の種類に大きな差がある物品を検出する必要がある。被検出物体の質量厚さが比較的大きいときに、検出器が受けた散乱X線も比較的多く、ひいては、散乱信号の強度が透過信号の強度よりも大きくなり、干渉が酷くなり、放射線検出結像システムの物質識別能力に影響を与える恐れがある。
【０００３】
従来技術では、往々にして、入射レイ（ray）のエネルギーを増加させ又は線量を増大することで検出効果を保証する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の１つの目的は、検出識別能力を向上させる放射線検出技術を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一側面によれば、放射線検出装置が提供され、それは、放射線検出器；放射線検出器に接続されるADC(Analog-to-Digital  Converter、アナログデジタル変換器)；及び、ADCに接続されるデータ処理器を含み、そのうち、放射線検出器は、透過X線とシンチレータとの作用後に生成された光信号を電気信号に変換し、ADCは、電気信号に対して波形サンプリングを行い、波形データを得てデータ処理器に送信し、データ処理器は、波形データに基づいて単一光子信号個数を確定し、そして、単一光子信号個数に基づいて、波形データの積分信号及び／又は計数信号を採用して結像を行うことを確定する。
【０００６】
オプションとして、放射線検出器は、SiPM(Silicon  photo  multiplier、シリコン光電子増倍管)放射線検出器を含む。
【０００７】
オプションとして、データ処理器が単一光子信号個数に基づいて、波形データの積分信号及び／又は計数信号を採用して結像を行うことを確定することは、データ処理器が単一光子信号個数と、所定の低閾値及び所定の高閾値とを比較し；単一光子信号個数が所定の低閾値よりも小さい場合、波形データの積分信号を結像信号とし、積分信号に基づいて結像を行わせ；単一光子信号個数が所定の高閾値よりも大きい場合、波形データの計数信号を結像信号とし、計数信号に基づいて結像を行わせ；及び、単一光子信号個数が所定の低閾値と所定の高閾値との間にある場合、計数信号及び積分信号の加重値を結像信号とし、結像を行わせることを含む。
【０００８】
オプションとして、データ処理器が波形データに基づいて単一光子信号個数を確定することは、データ処理器が波形データに基づいて単一光子信号識別パラメータを取得し、単一光子信号識別パラメータは、ピーク振幅、ピーク個数、及び／又は積分面積大小を含み；及び、データ処理器が単一光子信号識別パラメータに基づいて波形データ中の単一光子信号個数を確定することを含む。
【０００９】
オプションとして、データ処理器は、所定の振幅閾値を超えたパルス波形データ信号の和を求め、波形データの積分信号を取得する。
【００１０】
オプションとして、データ処理器は、所定の振幅閾値を超えたパルス波形データ信号のピークを識別してパルス個数及びパルス振幅を確定し、波形データの計数信号を取得する。
【００１１】
オプションとして、放射線検出装置は、さらに、放射線検出器とADCとの間に位置する増幅器を含み、増幅器は、放射線検出器からの電気信号を増幅処理してからADCに送信する。
【００１２】
オプションとして、放射線検出装置は、さらに、SiPM放射線検出器に接続される温度補償器を含み、温度補償器は、SiPM放射線検出器の温度変化に基づいてSiPM放射線検出器のワーキングバイアス電圧を調整する。
【００１３】
オプションとして、データ処理器は、計数器、積分器、比較器、加算器、及び乗算器を含む。
【００１４】
オプションとして、データ処理器は、FPGA(Field  Programmable  Gate  Array、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ)を含む。
【００１５】
このような装置は、波形データに基づいて単一光子信号個数を確定し、そして、単一光子信号個数により被検出物体の質量厚さを判断することができる。質量厚さが小さい物質を透過するときに積分信号が強く、質量厚さが大きい物質を透過するときに信号積分の特徴が弱く、計数信号が強いため、波形データの積分信号、計数信号、又は両者の組み合わせを採用して結像を行うことを判断でき、これにより、異なる質量厚さの被検出物体に対しての放射線検出結像品質を向上させ、検出識別能力を向上させることができる。
【００１６】
本発明の他の側面によれば、放射線検出方法が提供され、それは、放射線検出器が透過X線を得て電気信号に変換し；電気信号に対して波形サンプリングを行い、波形データを取得し；波形データに基づいて単一光子信号個数を確定し；及び、単一光子信号個数に基づいて、波形データの積分信号及び／又は計数信号を採用して結像を行うように確定することを含む。
【００１７】
オプションとして、放射線検出器は、SiPM放射線検出器を含む。
【００１８】
オプションとして、単一光子信号個数に基づいて、波形データの積分信号及び／又は計数信号を採用して結像を行うように確定することは、単一光子信号個数と、所定の低閾値及び所定の高閾値とを比較し；単一光子信号個数が所定の低閾値よりも小さい場合、波形データの積分信号を結像信号とし、積分信号に基づいて結像を行わせ；単一光子信号個数が所定の高閾値よりも高い場合、波形データの計数信号を結像信号とし、計数信号に基づいて結像を行わせ；及び、単一光子信号個数が所定の低閾値と所定の高閾値との間にある場合、計数信号及び積分信号の加重値を結像信号とし、結像を行わせることを含む。
【００１９】
オプションとして、波形データに基づいて単一光子信号個数を確定することは、波形データに基づいて単一光子信号識別パラメータを取得し、単一光子信号識別パラメータは、ピーク振幅、ピーク個数、及び／又は積分面積大小を含み；及び、単一光子信号識別パラメータに基づいて波形データ中の単一光子信号個数を確定することを含む。
【００２０】
オプションとして、放射線検出方法は、さらに、所定の振幅閾値を超えたパルス波形データ信号の和を求め、波形データの積分信号を取得し；及び、所定の振幅閾値を超えたパルス波形データ信号のピークを識別してパルス個数及びパルス振幅を確定し、波形データの計数信号を取得することを含む。
【００２１】
オプションとして、放射線検出方法は、さらに、増幅器により、放射線検出器からの電気信号を増幅処理してからADCに送信することを含む。
【００２２】
オプションとして、放射線検出方法は、さらに、温度補償器により、SiPM放射線検出器の温度変化に基づいて、SiPM放射線検出器のワーキングバイアス電圧を調整することを含む。
【００２３】
このような方法により、波形データに基づいて単一光子信号個数を確定し、そして、単一光子信号個数により、被検出物体の質量厚さを判断することができる。これにより、波形データの積分信号、計数信号、又は両者の組み合わせを採用して結像を行うことを判断できるため、異なる質量厚さの被検出物体に対しての放射線検出結像品質を向上させ、検出識別能力を向上させることができる。
【００２４】
本発明の他の側面によれば、放射線検出データ処理器が提供され、それは、波形データに基づいて単一光子信号個数を確定する単一光子信号個数確定ユニット；及び、単一光子信号個数に基づいて、波形データの積分信号及び／又は計数信号を採用して結像を行うように確定する結像信号確定ユニットを含む。
【００２５】
オプションとして、結像信号確定ユニットは、具体的には、単一光子信号個数と、所定の低閾値及び所定の高閾値とを比較し；単一光子信号個数が所定の低閾値よりも小さい場合、波形データの積分信号を結像信号とし、積分信号に基づいて結像を行わせ；単一光子信号個数が所定の高閾値よりも高い場合、波形データの計数信号を結像信号とし、計数信号に基づいて結像を行わせ；及び、単一光子信号個数が所定の低閾値と所定の高閾値との間にある場合、計数信号及び積分信号の加重値を結像信号とし、結像を行わせる。
【００２６】
このようなデータ処理器は、波形データに基づいて単一光子信号個数を確定し、そして、単一光子信号個数により、被検出物体の質量厚さを判断することができる。これにより、波形データの積分信号、計数信号、又は両者の組み合わせを採用して結像を行うことを判断でき、異なる質量厚さの被検出物体に対しての放射線検出結像品質を向上させ、検出識別能力を向上させることができる。
【００２７】
本発明の他の側面によれば、放射線検出データ処理方法が提供され、それは、波形データに基づいて単一光子信号個数を確定し；及び、単一光子信号個数に基づいて、波形データの積分信号及び／又は計数信号を採用して結像を行うように確定することを含む。
【００２８】
オプションとして、単一光子信号個数に基づいて、波形データの積分信号及び／又は計数信号を採用して結像を行うように確定することは、単一光子信号個数と、所定の低閾値及び所定の高閾値とを比較し；単一光子信号個数が所定の低閾値よりも小さい場合、波形データの積分信号を結像信号とし、積分信号に基づいて結像を行わせ；単一光子信号個数が所定の高閾値よりも高い場合、波形データの計数信号を結像信号とし、積分信号に基づいて結像を行わせ；及び、単一光子信号個数が所定の低閾値と所定の高閾値との間にある場合、計数信号及び積分信号の加重値を結像信号とし、結像を行わせることを含む。
【００２９】
オプションとして、波形データに基づいて単一光子信号個数を確定することは、波形データに基づいて単一光子信号識別パラメータを取得し、単一光子信号識別パラメータは、ピーク振幅、ピーク個数、及び／又は積分面積大小を含み；及び、単一光子信号識別パラメータに基づいて波形データ中の単一光子信号個数を確定することを含む。
【００３０】
このような方法により、波形データに基づいて単一光子信号個数を確定し、そして、単一光子信号個数により、被検出物体の質量厚さを判断することができる。これにより、波形データの積分信号、計数信号、又は両者の組み合わせを採用して結像を行うことを判断でき、異なる質量厚さの被検出物体に対しての放射線検出結像品質を向上させ、検出識別能力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
ここで説明される図面は、本発明への更なる理解を提供するために用いられ、本願の一部を構成する。また、本発明の例示的な実施例及びその説明は、本発明を解釈するために用いられ、本発明を限定しない。
【図１】本発明の放射線検出装置の１つの実施例を示す図である。
【図２】本発明の放射線検出データ処理器の１つの実施例を示す図である。
【図３】本発明の放射線検出装置の他の実施例を示す図である。
【図４】本発明の放射線検出装置の他の実施例における回路の原理を示す図である。
【図５】本発明の放射線検出装置の他の実施例の応用シナリオを示す図である。
【図６】本発明の放射線検出方法の１つの実施例のフローチャートである。
【図７】本発明の放射線検出データ処理方法の１つの実施例のフローチャートである。
【図８】本発明の放射線検出方法の他の実施例のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、添付した図面及び実施例に基づいて、本発明の技術案について詳細に説明する。
【００３３】
本発明の放射線検出装置の１つの実施例が図1に示される。そのうち、放射線検出器101は、透過X線検出過程において、透過X線とシンチレータとの作用後に生成された光信号を電気信号に変換し；ADC  102は、電気信号に対して波形サンプリングを行い、波形データを得てデータ処理器に送信し、一実施例では、ADC  102は、高速ADCであり（以下、同様である）；データ処理器103は、波形データに基づいて単一光子信号個数を確定し、そして、単一光子信号個数に基づいて、波形データの積分信号、計数信号、又は両者の加重値を採用して結像及び表示を行うことを確定する。１つの実施例では、データ処理器103は、先ず、波形データに基づいて積分信号及び計数信号を取得し、そして、波形データに基づいて単一光子信号個数を確定しても良い。X線が、質量厚さが比較的小さい物質を透過するときに、単一光子信号個数が少なく、且つ積分信号が強い一方、質量厚さが比較的大きい物質を透過するときに、単一光子信号個数が比較的多く、且つ信号積分の特徴が弱く、計数信号が強いので、単一光子信号個数に基づいて、被検出物質の質量厚さに対応する比較的強い信号を選択して表示を行う。１つの実施例では、データ処理器103は、FPGAであっても良く、計数器、積分器、比較器、加算器、及び乗算器が接続されることにより構成されても良い。
【００３４】
このような装置は、波形データに基づいて単一光子信号個数を確定し、そして、単一光子信号個数により、被検出物体の質量厚さを判断することができる。これにより、波形データの積分信号、計数信号、又は両者の組み合わせを採用して結像を行うことを判断できる。これにより、異なる質量厚さの被検出物体に対しての放射線検出結像品質を向上させ、検出識別能力を向上させることができる。
【００３５】
本発明の放射線検出データ処理器の１つの実施例が図2に示される。そのうち、単一光子信号個数確定ユニット201は、波形データに基づいて単一光子信号個数を確定することができる。結像信号確定ユニット202は、単一光子信号個数に基づいて、波形データの積分信号、計数信号、又は両者の組み合わせを採用して結像を行うことを確定でき、例えば、単一光子特徴信号が少ないと検出されたときに、積分信号を主として結像を行い、多くの単一光子信号が検出されたときに、計数信号を主として結像を行う。
【００３６】
このようなデータ処理器は、波形データに基づいて単一光子信号個数を確定し、単一光子信号個数により、被検出物体の質量厚さを判断することができる。これにより、波形データの積分信号、計数信号、又は両者の組み合わせを採用して結像を行うことを判断でき、異なる質量厚さの被検出物体に対しての放射線検出結像品質を向上させ、検出識別能力を向上させることができる。
【００３７】
１つの実施例では、結像信号確定ユニット202は、単一光子信号個数と、所定の低閾値及び所定の高閾値とを比較することができる。所定の高閾値及び所定の低閾値は、経験や実際の応用に応じて設定及び調整することができる。
【００３８】
単一光子信号個数が所定の低閾値よりも小さい場合、被検出物体の質量厚さが比較的小さく、積分信号が比較的強いことを意味し、この場合、波形データの積分信号を結像信号とし、結像装置に、積分信号に基づいて結像を行わせることができる。
【００３９】
単一光子信号個数が所定の高閾値よりも高い場合、被検出物体の質量厚さが比較的大きく、計数信号が比較的強いことを意味し、この場合、波形データの計数信号を結像信号とし、結像装置に、計数信号に基づいて結像を行わせることができる。
【００４０】
単一光子信号個数が所定の低閾値と所定の高閾値との間にある場合、計数信号及び積分信号の加重値を結像信号とし、結像を行わせることができる。１つの実施例では、公式
Z=A*X+B*Y
に基づいて、結像信号Zを確定することができる。そのうち、Xは、計数信号であり、Yは、積分信号であり、Aは、計数信号の重み値であり、Bは、積分信号の重み値である。１つの実施例では、A及びBは、経験や実際の応用に応じて設定及び調整された定値（constant  value）であっても良く、単一光子信号個数と一定の関係（例えば、関数関係）を持つ数値であっても良く、Aは、単一光子信号個数と正の相関関係を有し、Bは、単一光子信号個数と負の相関関係を有する。結像信号確定ユニット202は、所定のストラテジーにより、単一光子信号個数に基づいて、A及びBを計算し、そして、結像信号Zを得ることができる。
【００４１】
このようなデータ処理器は、所定の低閾値及び所定の高閾値に基づいて、単一光子信号個数に対して定量的判断を行うことで、結像信号を確定することができるため、判断の正確度を向上させ、結像に最も相応しい信号を確定し、結像の効果を最適化することができる。
【００４２】
１つの実施例では、単一光子信号個数確定ユニット201は、波形データに基づいて単一光子信号識別パラメータを取得し、単一光子信号識別パラメータは、ピーク振幅、ピーク個数、積分面積大小などを含み、そして、単一光子信号識別パラメータに基づいて波形データ中の単一光子信号個数を確定することができ、例えば、積分面積が所定の面積閾値よりも小さく、ピーク振幅が所定の単一光子振幅閾値よりも小さいなどのときに、単一光子信号が出現したと見なしても良い。
【００４３】
このようなデータ処理器は、波形データに基づいて単一光子信号個数を確定し、そして、単一光子信号個数に基づいて被検出物体の質量厚さを判断することで、波形データの積分信号、計数信号、及び両者の組み合わせのうちの１つを採用して結像を行うように確定することができる。
【００４４】
１つの実施例では、放射線検出器は、SiPM放射線検出器を含んでも良い。１つの実施例では、純ヨウ化セシウム又は鉛タングステンシンチレータが結合されるSiPMを採用しても良く、複数のシンチレータは、リニアアレイ又はプレーンアレイに配列され、等間隔で配列される複数のSiPMと結合されることで検出器部品を成す。検出過程では、X線発生器から発したX線が被検出物体を通過した後に、検出器(純ヨウ化セシウム又は鉛タングステン結晶アレイ)と相互作用して光子を生成し、光子がSiPMにより吸収されて倍増された後に電荷信号に変換され、該電荷信号が処理されることで結像が行われる。１つの実施例では、放射線検出器の中間位置などの所定の敏感領域において、より多く、より密度濃いSiPM素子を設置することで、敏感領域の検出画素を増加させ、結像の正確度をより一層向上させることができる。
【００４５】
放射線検出結像システムでは、透過力がシステムパフォーマンスを評価する重要な指標の１つであり、また、光電素子及びシンチレータがシステム透過力指標に影響する重要な要因の１つである。適切な光電素子及びシンチレータの選択は、結像システムの透過力指標の向上に繋がる。今のところ、従来のX線検出器は、多くは、“シンチレータが結合される光電ダイオード”を採用している。しかし、従来の光電ダイオードは、散乱X線を識別することができず、散乱の結像への影響を低減することができず、また、検出範囲も比較的小さい。SiPMは、極めて高い感度を有するため重要視され、単一光子計数分野で既に応用されている。シンチレータとSiPMとの結合の方式で、SiPMの倍増機能により、X線検出結像を行うことで、画像中の信号対ノイズ比を改善することができる。また、SiPMは、単一光子の検出能力を有し、また、散乱信号と有用な信号のエネルギースペクトルに著しい差があるので、単一光子信号をより良く識別することができる。これにより、積分信号や計数信号を選択して結像を行うことに役立つことができ、また、放射線検出装置の抗干渉能力や画像の明晰度、システムの物質識別能力を向上させることもできる。従来技術に比べ、結像の効果を保証し得る前提でX線量を低減し、放射線防護の要件を緩め、安全性を向上させ、省エネの効果を達成することができる。
【００４６】
１つの実施例では、SiPM放射線検出器を採用するときに、データ処理器は、さらに、波形データに基づいて積分信号及び計数信号を計算することができる。所定の振幅閾値を設定し、所定の振幅閾値よりも低い波形データを散乱信号データと見なすことができる。積分信号及び計数信号を生成するときに、散乱信号データの影響を無くす必要がある。データ処理器は、所定の振幅閾値を超えたパルス波形データ信号の和を求め、波形データの積分信号を取得し、また、所定の振幅閾値を超えたパルス波形データ信号のピークを識別してパルス個数及びパルス振幅を確定し、波形データの計数信号を取得することができる。
【００４７】
X線が比較的大きい質量厚さを有する物質を透過した後に、放射線がハードゥン（harden）され、有用な信号のエネルギーの蓄積が高くなり、往々にして、1MeVよりも高くなる一方、散乱信号のエネルギーが比較的低くなり、一般的に、0.2MeV以下であり、また、SiPMが単一光子の検出能力を有するので、データ処理器は、散乱信号データを識別し、積分信号及び計数信号を計算するときにそれを排除することで、結像の正確度を向上させることができる。
【００４８】
１つの実施例では、データ処理器は、先に、単一光子信号個数を確定し、結像信号の種類を確定し、そして、選択的に積分信号及び計数信号を生成することで、データの計算量及び記憶容量を低減し、処理効率を向上させることができる。
【００４９】
１つの実施例では、データ処理器は、先に、積分信号及び計数信号を生成し、そして、結像信号の種類に基づいて、既に生成されている信号のうちから選択を行っても良い。データ処理器は、FPGAユニット及びコンピュータ処理装置を含んでも良く、FPGAユニットは、サンプリングデータのバッファリングを行い、積分信号及び計数信号を生成し、そして、積分信号、計数信号及び波形データをコンピュータ処理装置に送信し、コンピュータ処理装置は、波形データに基づいて単一光子信号個数を確定し、そして、確定された結像信号の種類に基づいて、積分信号及び計数信号のうちから結像信号を選択又は計算する。このような装置は、従来のFPGAユニットをもとに改善を行い、コンピュータ処理装置を用いてデータ処理を実現することができるため、実現されやすい。
【００５０】
本発明の放射線検出装置の他の実施例が図3に示される。そのうち、放射線検出器301とADC  302との間には、増幅器304が含まれ、一実施例では、増幅器304は、高速増幅器である（以下、同様である）。増幅器304は、放射線検出器からの電気信号を増幅処理してからADCに送信することで、ADCが波形サンプリングを行い得るように保証し、波形データ品質を向上させ、データ処理器303のデータ処理の正確度を保証することができる。１つの実施例では、放射線検出器301には、さらに、温度補償器305が接続されても良い。１つの実施例では、温度補償器305は、FPGAにより実現されても良い。SiPMが温度に敏感であり、SiPMの利得もそのバイアス電圧に関連するため、温度補償器305は、SiPMの温度変化に基づいて、そのバイアス電圧を調整することで、SiPMの利得への較正を実現し、利得の不変を維持し、検出の正確度を向上させることができる。
【００５１】
本発明の放射線検出装置の他の実施例における回路の原理が図4に示される。そのうち、放射線検出装置は、検出器モジュール40と制御モジュール41に分けられても良く、検出器モジュール40と制御モジュール41とのタイミング同期化がタイミング制御回路42により制御され、タイミング制御指令がFPGA装置404により生成されても良い。検出器モジュール40は、SiPM放射線検出器401、増幅器402、ADC  403、及びFPGA装置404を含み、インターフェース回路405により、制御モジュール41のインターフェース回路411に接続される。制御モジュール41の制御及びネットワーク伝送モジュール412は、タイミング制御回路42により検出器モジュール40に制御指令を送り、また、FPGA装置404から取得したデータをネットワーク、例えば、ギガビット・イーサネット（登録商標）又は光ファイバーネットワークを経由して、コンピュータ43に送信して更なるデータ処理及び表示を行って貰うことができる。FPGA装置404は、波形データ積分及び計数操作のみを行うことで、積分信号及び計数信号を取得し、そして、積分信号、計数信号、及び波形データをコンピュータ43に送信し、コンピュータ43に結像信号を確定して結像を行って貰うことで、ハードウェア回路への要求を低減し、ハードウェアの反応速度を上昇させることができ、且つ実現されやすい。FPGA装置404は、直接、結像信号を確定し、コンピュータ43に送信しても良く、この場合、コンピュータ43は、表示器のみの役割を果たすことができる。このような装置は、より良い装置集積効果を達成し、移動可能なテスト環境により良く適用し、且つユーザーフレンドリーを向上させることができる。
【００５２】
本発明の放射線検出装置のもう１つの実施例の応用シナリオが図5に示される。そのうち、被検出物体502は、X線源501とSiPM放射線検出器503との間に位置し、SiPM放射線検出器503が透過射線をより良く取得し得るように保証することができる。X線源501により生成されたX線は、被検出物体502を透過し、SiPM放射線検出器503に到着する。SiPM放射線検出器503は、検出結果をADC  504に送って波形サンプリングを行って貰った後に、データ処理器505に送信して処理して貰い、データ処理器505は、波形データに基づいて、単一光子信号個数を確定し、そして、単一光子信号個数に基づいて、波形データの積分信号、計数信号又は両者の加重値を採用して結像及び表示を行うことを確定する。
【００５３】
このような装置は、波形データに基づいて単一光子信号個数を確定することで、波形データの積分信号、計数信号、及び両者の組み合わせのうちのどれかを採用して結像を行うことを判断でき、異なる質量厚さの被検出物体に対しての放射線検出結像品質を向上させることができる。
【００５４】
本発明の放射線検出方法の１つの実施例のフローチャートが図6に示される。
【００５５】
ステップ601では、透過X線検出過程において、透過X線とシンチレータとの作用後に生成された光信号を電気信号に変換する。
【００５６】
ステップ602では、電気信号に対して波形サンプリングを行い、波形データを得る。
【００５７】
ステップ603では、波形データに基づいて、単一光子信号個数を確定する。
【００５８】
ステップ604では、単一光子信号個数に基づいて、波形データの積分信号、計数信号又は両者の加重値を採用して結像及び表示を行うことを確定する。X線が、質量厚さが比較的小さい物質を透過するときに、単一光子信号個数が少なく、且つ積分信号が強い一方、質量厚さが比較的大きい物質を透過するときに、単一光子信号個数が多く、且つ積分信号が弱く、計数信号が強いので、単一光子信号個数に基づいて、被検出物質の質量厚さに対応する比較的強い信号を選択して表示を行っても良い。
【００５９】
このような方法により、波形データに基づいて単一光子信号個数を確定し、そして、単一光子信号個数により、被検出物体の質量厚さを判断することができる。これにより、波形データの積分信号、計数信号又は両者の組み合わせを選択して結像を行うように確定することで、異なる質量厚さの被検出物体に対しての放射線検出結像品質を向上させ、検出識別能力を向上させることができる。
【００６０】
本発明の放射線検出データ処理方法の１つの実施例のフローチャートでは、図6の実施例中のステップ603、ステップ604に示されるように、先に、波形データに基づいて単一光子信号個数を確定し、そして、単一光子信号個数に基づいて、波形データの積分信号、計数信号、又は両者の組み合わせを採用して結像を行うことを確定し、もし単一光子信号が検出されないときに、積分信号を主として結像を行い、もし単一光子信号が検出されたときに、計数信号を主として結像を行うことができる。
【００６１】
このような放射線検出データ処理方法により、波形データに基づいて、単一光子信号個数を確定し、そして、単一光子信号個数に基づいて、被検出物体の質量厚さを判断することができる。これにより、波形データの積分信号、計数信号、及び両者の組み合わせのうちのどれかを採用して結像を行うことを判断でき、異なる質量厚さの被検出物体に対しての放射線検出結像品質を向上させ、検出識別能力を向上させることができる。
【００６２】
本発明の放射線検出データ処理方法の他の実施例のフローチャートが図7に示される。
【００６３】
ステップ701では、波形データに基づいて単一光子信号個数を確定する。１つの実施例では、波形データに基づいて、単一光子信号識別パラメータを取得し、単一光子信号識別パラメータは、ピーク振幅、ピーク個数、積分面積大小などを含み、そして、単一光子信号識別パラメータに基づいて、波形データ中の単一光子信号個数を確定し、もし積分面積が所定の面積閾値よりも小さく、ピーク振幅が所定の単一光子振幅閾値よりも小さい場合、単一光子信号が出現したと見なしても良い。
【００６４】
ステップ702では、単一光子信号個数と、所定の低閾値及び所定の高閾値とを比較する。単一光子信号個数が所定の低閾値よりも小さい場合、ステップ703を実行し、単一光子信号個数が所定の高閾値よりも高い場合、ステップ704を実行し、単一光子信号個数が所定の低閾値と所定の高閾値との間にある場合、ステップ705を実行する。
【００６５】
ステップ703では、波形データの積分信号を結像信号とし、これにより、結像装置は、積分信号に基づいて結像を行うことができる。
【００６６】
ステップ704では、波形データの計数信号を結像信号とし、これにより、結像装置は、計数信号に基づいて結像を行うことができる。
【００６７】
ステップ705では、計数信号と積分信号との加重値を結像信号として結像を行う。１つの実施例では、公式
z=A*X+B*Y
により、結像信号Zを確定することができる。そのうち、Xは、計数信号であり、Yは、積分信号であり、Aは、計数信号の重みであり、Bは、積分信号の重みである。１つの実施例では、A及びBは、経験や実際に応用に応じて設定及び調整された定値であっても良く、単一光子信号個数と一定の関係（例えば、関数関係）がある数値であっても良く、Aは、単一光子信号個数と正の相関関係を有し、Bは、単一光子信号個数と負の相関関係を有する。結像信号確定ユニット202は、所定のストラテジーにより、単一光子信号個数に基づいてA及びBを計算し、そして、結像信号Zを算出することができる。
【００６８】
このような方法により、所定の低閾値及び所定の高閾値に基づいて、単一光子信号個数に対して定量的判断を行うことで、結像信号を確定し、これにより、判断の正確度を向上させ、結像に最も相応しい信号を確定し、結像効果を最適化することができる。
【００６９】
１つの実施例では、放射線検出器は、SiPM放射線検出器を含んでも良い。１つの実施例では、純ヨウ化セシウム又は鉛タングステンシンチレータが結合されるSiPMを採用しても良く、複数のシンチレータは、リニアアレイ又はプレーンアレイに配列され、等間距で配列される複数のSiPMと結合されることで検出器部品を形成する。１つの実施例では、放射線検出器の中間位置などの所定の敏感領域において、より多く、より密度濃いSiPM素子を設置することで、敏感領域の検出画素を増加させ、結像の正確度をより一層向上させることができる。
【００７０】
SiPMは、敏感度が極めて高いため、単一光子計数分野で既に応用されている。シンチレータが結合されるSiPMの方式で、SiPMの倍増機能を用いてX線検出結像を行うことで、画像中の信号対ノイズ比を改善することができる。SiPMは、単一光子の検出能力を有し、散乱信号と有用な信号のエネルギースペクトルに著しい差があるので、単一光子信号をより良く識別することができる。これにより、積分信号や計数信号を選択して結像を行うことに役立つことができ、また、画像の明晰度やシステムの物質識別能力を向上させることもできる。従来技術に比べ、結像の効果を保証する前提でX線量を低減し、放射線防護の要件を緩め、安全性を向上させ、省エネの効果を達成することができる。
【００７１】
本発明の放射線検出方法のもう１つの実施例のフローチャートが図8に示される。
【００７２】
ステップ801では、透過X線検出過程において、透過X線とシンチレータとの作用後に生成された光信号を電気信号に変換する。
【００７３】
ステップ802では、電気信号に対して波形サンプリングを行い、波形データを得てデータ処理器に送信する。
【００７４】
ステップ803では、所定の振幅閾値を超えたパルス波形データ信号の和を求め、波形データの積分信号を取得する。
【００７５】
ステップ804では、所定の振幅閾値を超えたパルス波形データ信号のピークを識別してパルス個数及びパルス振幅を確定し、波形データの計数信号を取得する。
【００７６】
ステップ805では、波形データに基づいて単一光子信号個数を確定する。
【００７７】
ステップ806では、単一光子信号個数に基づいて、波形データの積分信号、計数信号、又は両者の加重値を用いて結像及び表示を行うことを確定する。
【００７８】
散乱信号のエネルギーが比較的低く、一般的には、0.2MeV近傍にあり、SiPMが単一光子の検出能力を有するため、このような方法により、散乱信号のデータを識別して積分信号及び計数信号を計算するときに排除することで、信号対ノイズ比を改善し、システムの透過力指標を向上させ、結像の正確度を高くすることができる。
【００７９】
１つの実施例では、先に、単一光子信号個数を決め、結像信号の種類を確定し、そして、選択的に積分信号及び計数信号を生成することで、データの計算量及び記憶容量を低減し、処理効率を向上させることができる。
【００８０】
１つの実施例では、さらに、積分信号及び計数信号を生成し、そして、結像信号の種類に基づいて既に生成された信号のうちから選択を行っても良い。このような処理方式は、より広い汎用性があり、FPGAユニットにより積分信号及び計数信号を生成し、そして、積分信号、計数信号、及び波形データをコンピュータ処理装置に送信し、コンピュータ処理装置に、波形データに基づいて単一光子信号個数を確定して貰い、その後、確定された結像信号の種類に基づいて、積分信号及び計数信号のうちから結像信号を選択又は計算して貰うことができる。これにより、従来のFPGAユニットをもとに改善を行い、コンピュータ処理装置を用いてデータ処理を実現することができるため、実現されやすい。
【００８１】
１つの実施例では、さらに、増幅器により放射線検出器からの電気信号を増幅処理した後にADCに送信して波形サンプリングを行って貰うことで、ADCが波形サンプリングを行い得るように保証し、波形データ品質を向上させ、データ処理の正確度及び結像品質を保証することができる。
【００８２】
１つの実施例では、SiPMが温度に敏感であり、SiPMの利得もそのバイアス電圧に関連するため、温度補償器を用いてSiPMの温度変化に基づいてSiPM放射線検出器のワーキングバイアス電圧を調整することで、SiPMの利得への較正を実現し、利得の不変を維持し、検出の正確度を向上させることができる。
【００８３】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されず、本発明の趣旨を離脱しない限り、本発明に対するあらゆる変更は本発明の技術的範囲に属する。
【図１】
0006954998.tif 000002
【図２】
0006954998.tif 000003
【図３】
0006954998.tif 000004
【図４】
0006954998.tif 000005
【図５】
0006954998.tif 000006
【図６】
0006954998.tif 000007
【図７】
0006954998.tif 000008
【図８】
0006954998.tif 000009