专利名称：能量测定方法及测定装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及对所输入的信号脉冲的脉冲波形通过将其信号强度进行积分以测定信号脉冲能量的能量测定方法及测定装置。本发明不仅应用于放射线的能量计量和剂量计量，还广泛应用于放射线检测位置信息及放射线图像的计量等，还特别应用于核医学诊断用的伽马照相机、SPECT(single photon emission computed tomography，单光子发射计算机断层摄影)装置、PET(positron emission tomography，正电子发射断层摄影)装置等。
背景技术：
在对γ射线、带电粒子等放射线(能量线)进行测定时，检测放射线可采用例如用闪烁体的闪烁检测器等放射线检测器。然后，对放射线检测器输出的检测信号进行规定的信号处理，或进一步进行运算处理等，通过这样便能够得到所需信息。
例如闪烁检测器利用闪烁体中发生的脉冲状闪烁光来检测入射闪烁体的放射线。该闪烁光的光信号脉冲，靠光电倍增管等光检测器变换为电信号脉冲。具体来说，闪烁光入射至光电倍增管的光电面便从该光电面发生与光强度成正比的大量光电子，该光电子由第1倍增极收集后，依次利用后续的倍增极进行倍增，形成脉冲信号(电流信号)输出。
通常放射线检测器所用的闪烁体的闪烁光，具有信号强度按例如指数函数方式衰减这种脉冲波形。而且，第1倍增极所收集的光电子总数与闪烁体所吸收的放射线能量相对应。因此，为了计量放射线能量，需要在适当的时间间隔范围内对光电倍增管的输出信号进行积分。通常，用1个信号脉冲，第1倍增极所收集的光电子总数不够大，因此最好上述积分时间设定为使其对闪烁光的大部分进行积分。该积分时间较短时，由于所收集的光电子数减少，因此随该统计性变动而使能量分辨率降低。
若在放射线检测器的放射线每单位时间的检测数(计数率)处于较高状态下进行测定，信号脉冲之间的脉冲间隔与各个信号脉冲的脉冲宽度相比为相同程度甚至更短的概率便增大，产生2个以上的信号脉冲互相在时间上重合的所谓“堆积(pile up)”。这时，对要能量测定的信号脉冲进行信号强度(电流信号)的积分，就会产生这样的问题，与该信号脉冲堆积的其他信号脉冲的信号强度会被同时积分，而不能够正确测定作为测定对象的信号脉冲的能量。
在用1个指数函数表示脉冲波形时，为了减少因堆积产生的误差，以往常用的相对简单的方法是，用延迟线及限幅法来缩短脉冲的时间宽度，并将积分时间设定为与该脉冲时间宽度大致相等。在这种情况下，脉冲的时间宽度越短，积分时间也能越短，对于高计数率所产生堆积的概率也减少，能够提高计数率特性，但反之存在的缺点是，每个信号脉冲被光电倍增管的第1倍增极所收集的光电子数减少，即便是不发生堆积这种低计数率情况下，能量分辨率也降低。
作为对其改进的一项现有技术，Tanaka等人的方法(文献1Nucl.Instr.Meth.Vol.158，pp.459-466，1979)如上所述用延迟线及限幅法来缩短脉冲时间宽度，但这里是根据后续脉冲的产生控制积分时间，在不发生后续脉冲的范围内充分延长积分时间，因此避免了在低计数率中的能量分辨率降低的问题。
另外，Kolodziejczyk的方法(文献2美国专利第5430406号公报)，其采用的方法是通过将脉冲信号(电流信号)和对其在时间上积分得到的积分信号以适当的权重进行相加，以产生时间上一定、且振幅与能量成正比的加法信号，再对该加法信号的振幅进行采样来测定。通过对测定对象的信号脉冲的加法信号在后续信号脉冲即将到来之前进行采样，并对该值进行计量，能够去除后续信号脉冲的堆积影响，但不能消除前面信号脉冲的堆积影响。
再有，作为其他的方法还有Wong的方法(文献3国际专利WO 98/50802号公报)。该方法与上述Kolodziejczyk方法相同，采用的是对电流信号和积分信号的加法信号进行测定的方法，但进行了改进，以便进一步对测定对象信号脉冲到来之前的全部信号脉冲的影响进行修正。
发明内容
用闪烁检测器等放射线检测器来计量放射线时，若计数率升高，信号脉冲产生堆积，能量测定值便产生误差，或能量分辨率降低。用闪烁检测器的伽码照相机、SPECT装置、PET装置等放射线图像测定装置中，若信号脉冲产生堆积，不仅放射线能量不能正确计量，而且给出放射线检测位置的位置信号也不能正确计量，因此所得到的放射线图像的分辨率降低，甚至图形产生失真。这些高计数率的问题，用现有的堆积修正法在一定程度上能够防止，但解决得不充分。
具体来说，如前所述，用延迟线及限幅法以缩短脉冲宽度的方法中，其存在的缺点是，即使是不发生堆积这种低计数率情形，能量分辨率、图像清晰度也降低。Tanaka等人的方法中同样，若为了连高计数率也能够测定而极度缩短脉冲宽度，则在高计数率下的分辨率降低。在采用将电流信号与积分信号以适当的权重进行相加的信号的Kolodziejczyk方法及Wong方法中，由于信号脉冲的电流信号随着时间的变化在统计上同时发生急剧的变化，因此其缺点是，计数率增大的同时，能量分辨率、图像清晰度大大降低。另外，这些方法还有的缺点是，仅能应用于所有的闪烁脉冲波形可用单一的指数函数近似的情况，除此以外的情况不能适用，例如作为衰减时间常数不同的2个或以上的指数函数之和来近似的情况则不能适用。
本发明正是为解决以上的问题而提出的，其目的在于，提供在高计数率下也能够正确而且高精度测定各个信号脉冲的能量的能量测定方法及测定装置，以提高放射线计量及放射线图像计量的性能。
为了达到这样的目的，本发明的能量测定方法，是对测定对象的信号脉冲的脉冲波形，通过将其信号强度积分来测定信号脉冲能量的能量测定方法，其特征在于，包括(1)对所输入的信号脉冲取得信号脉冲至下一个信号脉冲的时间间隔即脉冲间隔的脉冲间隔取得步骤；(2)在与脉冲间隔相对应设定的规定积分时间内对信号脉冲的信号强度进行积分，以取得积分信号强度的积分强度取得步骤；以及(3)根据积分强度取得步骤所取得的积分信号强度和脉冲间隔取得步骤所取得的脉冲间隔计算与信号脉冲的全积分强度对应的能量的能量计算步骤，(4)在能量计算步骤中，对根据测定对象的信号脉冲的积分信号强度和脉冲间隔计算出的校正前能量，通过根据该信号脉冲之前输入的信号脉冲的积分信号强度和能量两者中至少之一以及脉冲间隔进行堆积校正，计算经过校正的能量。
另外，本发明的能量测定装置，是对测定对象的信号脉冲的脉冲波形，通过将其信号强度积分来测定信号脉冲能量的能量测定装置，其特征在于，包括(a)输入所输入信号脉冲进行分支后的一路信号脉冲输入，并生成与信号脉冲对应的触发信号的触发信号生成手段；(b)输入来自触发信号生成手段的触发信号，并根据触发信号生成指令信号强度积分用的门信号的门信号生成手段；(c)输入来自触发信号生成手段的触发信号，并计量触发信号至下一触发信号的时间间隔作为信号脉冲的脉冲间隔的脉冲间隔计量手段；(d)输入所输入信号脉冲进行分支后的另一路信号脉冲，并使其延迟规定的延迟时间的延迟手段；(e)输入延迟手段所延迟的信号脉冲和门信号生成手段输出的门信号，按根据门信号指令设定的规定积分时间对信号脉冲的信号强度进行积分来取得积分信号强度的门积分手段；以及(f)根据门积分手段所取得的积分信号强度和脉冲间隔计量手段所计量的脉冲间隔计算与信号脉冲的全积分强度相对应的能量的能量计算手段，(g)能量计算手段对根据测定对象的信号脉冲的积分信号强度和脉冲间隔计算出的校正前能量，通过根据该信号脉冲之前输入的信号脉冲的积分信号强度和能量两者中至少之一以及脉冲间隔进行堆积校正，计算经过校正的能量。
上述能量测定方法及测定装置中，对作为测定对象输入的信号脉冲，根据脉冲波形即信号强度的时间变化(电流信号)求出能量，同时利用先前对该信号脉冲之前输入的其他信号脉冲所取得的数据进行堆积校正。通过这种方法，能够消除与信号脉冲所堆积的其他信号脉冲的影响，正确测定各个信号脉冲的能量。
另外，作为对信号脉冲的校正前能量的计算及堆积校正所用的数据，不直接采用噪声信号等影响大的信号脉冲(电流信号)，而是采用积分信号强度、脉冲间隔及根据它们求出的能量。通过这种方法，能够高精度测定信号脉冲的能量。根据上文，即便是信号脉冲间的脉冲间隔很短、信号脉冲产生堆积的情况，也可实现能够正确且高精度测定各个信号脉冲能量的能量测定方法及测定装置。
另外，本说明书中，所谓信号脉冲的能量，是指对作为测定对象的信号脉冲的脉冲波形而言，对其整体进行信号强度积分的全积分强度。这相当于令积分时间无穷大时的积分信号强度。
图1是表示作为能量测定对象的信号脉冲的一例脉冲波形的示意图。
图2A和图2B是关于信号脉冲发生堆积的说明图。
图3是表示能量测定装置第1实施形态构成的框图。
图4是表示能量测定装置第2实施形态构成的框图。
图5A和图5B是关于信号脉冲的脉冲波形的脉冲间隔及有效积分时间的说明图。
图6是表示信号脉冲其他例脉冲波形的示意图。
图7是表示能量测定装置第3实施形态构成的框图。
图8是表示能量计算单元构成例的框图。
图9是表示能量计算单元构成例的框图。
图10是表示对输入信号脉冲用单一指数函数校正法求出的能量计算值的分布图。
图11是表示对输入信号脉冲用单一指数函数校正法求出的能量计算值的FWHM及FWTM图。
图12是表示对输入信号脉冲用2项近似法、3项近似法及多项近似法求出的能量计算值的FWHM及FWTM图。
图13是关于输入信号脉冲数与输出数的相关图。
图14是表示对输入信号脉冲用2项近似法、3项近似法及多项近似法求出的能量计算值的FWHM及FWTM图。
图15A和图15B是表示对输入信号脉冲用(A)3项近似法及(B)多项近似法求出的能量计算值的分布图。
图16是表示对输入信号脉冲用单一指数函数校正法及现有校正法求出的能量计算值的FWHM图。
图17A和图17B是表示对输入信号脉冲用(A)单一指数函数校正法及(B)现有校正法求出的能量计算值的分布图。
图18是表示能量测定装置第4实施形态构成的框图。
图19A和图19B是关于对信号波形进行脉冲波形辨别用的积分时间的设定图。
图20是关于信号脉冲的脉冲波形的辨别方法图。
图21A～图21C是表示对输入信号脉冲进行脉冲波形辨别及堆积校正求出的能量计算值的分布图。
图22是表示对输入信号脉冲进行脉冲波形辨别及堆积校正求出的能量计算值的FWHM及FWTM图。
图23是关于输入信号脉冲数与输出数的相关图。
图24是表示能量测定装置第5实施形态构成的框图。
图25是表示2维位置检测型PET用组合检测器结构的立体图。
具体实施例方式
下面参照附图详细说明根据本发明的能量测定方法及测定装置的较佳实施形态。另外，
中对同一组成加同一标号，并省略重复的说明。
首先，作为根据本发明的能量测定方法及测定装置中的测定对象的信号脉冲，采用图1、图2A及图2B所示的时间波形图，来说明放射线检测器所用的闪烁检测器作为检测信号输出的信号脉冲。
图1是对于闪烁检测器与放射线检测相对应输出的信号脉冲所给出的一例其脉冲波形即信号强度的时间波形(电流信号波形)的示意图。该图中，横轴表示时间t，而纵轴表示各时刻的信号脉冲的信号强度(电流值)。
闪烁检测器中，与闪烁体中发生的闪烁光所产生的光信号脉冲相对应，从与闪烁体连接的光检测器输出电信号脉冲P。该信号脉冲P通常所具有的脉冲波形，其与闪烁光发生时刻相对应时刻上升的信号强度在一定程度的整个脉冲时间宽度的时间范围内持续衰减。
具体来说，信号脉冲P的脉冲波形例如如图1所示的脉冲波形，它是信号强度在上升时刻上升之后，随着经过时间t按照单一的指数函数衰减，该衰减的时间波形f(t)利用下式(1)近似表示。
f(t)＝(E/τ)exp(-t/τ) …(1)这里，在式(1)中，τ表示信号脉冲P的脉冲波形的信号强度衰减时间常数，t表示从信号脉冲P的上升时刻起的经过时间。另外，E为与脉冲波形的信号强度的全积分强度相对应的信号脉冲P的能量。
另外，在本说明书中，所谓信号脉冲的能量，是指对于作为测定对象的信号脉冲的脉冲波形，对其整个的信号强度进行积分的全积分强度。这相当于将积分时间作为无穷大时的积分信号强度。
在对信号脉冲P进行能量E的测定时，根据信号脉冲P的脉冲宽度及衰减时间常数τ，设定适当的积分时间，在整个设定的积分时间内，对脉冲波形f(t)的信号强度进行积分。若设从信号脉冲P的上升时刻起进行信号强度积分的积分时间为T，则得到的积分电荷量即积分信号强度Q(t)，用下式(2)表示。
Q(T)=∫0Tf(t)dt=E{1-exp(-T/τ)}···(2)]]>该积分信号强度Q(T)相当于图1中斜线所示范围中的信号强度积分值，随着延长积分时间，则接近全积分强度即信号脉冲P的能量E。为表示方便起见，若定义积分相应G(T)为G(T)＝1-exp(-T/τ) …(3)则式(2)所示的积分信号强度为Q(T)＝EG(T)。
图2A及图2B是表示关于信号脉冲发生堆积的说明图。这样的信号脉冲堆积，例如在闪烁检测器的放射线每单位时间的检测数(计数率)高、信号脉冲之间的脉冲时间间隔短时发生。即，若信号脉冲之间的脉冲间隔达到与各个信号脉冲的脉冲宽度相同程度或比它更短，则如图2A的时间波形图所示，产生2个或以上的信号脉冲P的脉冲波形互相重叠的堆积。
在图2A的图中，相对于作为想要测定能量的信号脉冲的图示信号脉冲P0的脉冲波形，还分别同样给出在信号脉冲P0之前的2个连续信号脉冲P1及P2的脉冲波形。这些信号脉冲P1及P2相对于测定对象的信号脉冲P0都产生堆积。
这里，如图2A所示，关于这些信号脉冲各自的上升时刻，是将信号脉冲P0的上升时刻设为0，将信号脉冲P1的上升时刻设为-t1，将信号脉冲P2的上升时刻设为-t2(-t2＜-t1＜0)。另外，关于从作为对象的信号脉冲到下一个信号脉冲的脉冲间隔，是将信号脉冲P2的脉冲间隔设为T2，将信号脉冲P1的脉冲间隔设为T1，将信号脉冲P0的脉冲间隔设为T0。
对于这些信号脉冲的脉冲波形，分别对信号脉冲Pi(i＝2，1，0)的各信号脉冲，将到达下一个信号脉冲的脉冲间隔Ti作为积分时间，进行信号强度的积分。这时，作为对信号脉冲P0的积分信号强度，得到在整个积分时间T0进行积分的积分信号强度Q0(T0)(图2A中斜线所示的范围内的积分值)。同样，作为对信号脉冲P1及P2的积分信号强度，分别得到在整个积分时间T1及T2进行积分的积分信号强度Q1(T1)及Q2(T2)。
想要测定的信号脉冲P0的能量E0如图2B中斜线所示，相当于对信号脉冲P0的脉冲波形所包含的整个信号强度进行积分的积分信号强度。这里，在信号脉冲的频次低、不发生堆积时，若已知作为测定对象的信号脉冲的脉冲波形f(t)，则用上述式(2)，根据积分信号强度Q0及是积分时间的脉冲间隔T0，就能够求出信号脉冲P0的能量，即E0＝Q0/G(T0)。
另外，在信号脉冲发生堆积时，对信号脉冲P0实际得到的积分信号强度Q0如图2A所示，除了信号脉冲P0本身的信号强度的积分值，还包含信号脉冲P0之前的信号脉冲中与信号脉冲P0堆积的其它信号脉冲P1及P2的信号强度的积分值。这时，积分信号强度Q0与信号脉冲P0的信号强度及其余积分强度即能量E0不直接相对应。因而，若原样使用该积分信号强度Q0，就不能正确测定信号脉冲P0的能量E0。
由上可知，在信号脉冲发生堆积时，为了正确测定信号脉冲P的能量E，在计算能量E时，必须进行去除与测定对象的信号脉冲P堆积的其它信号脉冲影响的堆积校正。
根据本发明的能量测定方法及测定装置，是采用规定的方法及构成来进行这样的堆积校正，通过这样即使信号脉冲发生堆积时，也能够正确而且高精度测定各个信号脉冲的能量。
图3是表示根据本发明的能量测定装置的第1实施例构成方框图。本能量测定装置1是对作为测定对象输入的信号脉冲P的脉冲波形通过对其信号强度进行积分来测定信号脉冲P的能量E的能量测定电路(信号处理电路)，它包含为了计算信号脉冲P的能量E而进行运算的能量计算单元10而构成。
成为能量测定的测定对象的信号脉冲P，即例如图1，图2A及图2B所示的来自闪烁检测器的检测信号的电信号脉冲，输入至能量测定装置1，分支成两路信号脉冲。
被分支的一路信号脉冲输入至触发信号生成器21。触发信号生成器21生成与信号脉冲P对应的触发信号。具体来说，例如对于输入的信号脉冲P的脉冲波形，预先设定成为信号强度下限值的阈值，若信号脉冲P的信号强度超过阈值时，生成与该信号脉冲P对应的触发信号并输出。
触发信号生成器21输出的触发信号输入至门信号生成器22及脉冲间隔计量器23。门信号生成器22根据触发信号，生成指示对信号脉冲P进行信号强度积分(例如指示积分进行/停止)用的门信号。另外，脉冲间隔计量器23计量触发信号到下一个触发信号的时间间隔，作为从想要计量的信号脉冲P到下一个信号脉冲的脉冲间隔T。
另外，被分支的另一路信号脉冲输入至延迟电路31。延迟电路31为了根据门信号的指示进行信号强度积分，使输入的信号脉冲仅延迟规定的延迟时间后输出。
利用延迟电路31延迟的信号脉冲P输入至门积分器32。另外，来自门信号生成器22的门信号也输入至该门积分器32。门积分器根据由该门信号的指示设定的规定积分时间，对延迟电路31输入的信号脉冲P的信号强度进行积分，将得到的积分信号强度Q输出。
用上述的门积分器32取得的积分信号强度Q及用脉冲间隔计量器23计量的脉冲间隔T，输入至计算信号脉冲P的能量E的能量计算单元10。能量计算单元10进行堆积校正，以去除与信号脉冲P堆积的其它信号脉冲的影响，同时根据积分信号强度Q及脉冲间隔T，计算与信号脉冲P的全积分强度对应的能量E。
利用本实施形态的能量测定装置，进行的信号脉冲P的能量测定方法简述如下(参照图2A)。
首先，对作为测定对象输入至能量测定装置1的信号脉冲P0，在脉冲间隔计量器23中取得从该信号脉冲P0到下一个信号脉冲的脉冲间隔T0(脉冲间隔取得步骤)。另外，在门积分器32中，在根据门信号的指示与脉冲间隔T0对应而设定的规定积分时间内，对信号脉冲P0的信号强度进行积分，取得积分信号强度Q0(积分强度取得步骤)。
然后，根据这些积分信号强度Q0及脉冲间隔T0，在能量计算单元10中计算信号脉冲P0的能量E0(能量计算步骤)。
这时，对根据想要测定的信号脉冲P0的积分信号强度Q0及脉冲间隔T0计算出的校正前能量，利用对该信号脉冲P0之前输入的信号脉冲(例如信号脉冲P1)前面已取得的积分信号强度(例如积分信号强度Q1)或能量(例如能量E1)的至少一个量及脉冲间隔(例如脉冲间隔T1)，进行堆积校正。通过这样，计算尽量去除与信号脉冲P0堆积的其它信号脉冲影响的经过校正的能量E0，从能量测定装置1输出。
下面说明上述能量测定装置和测定方法的效果。
在本实施形态的能量测定装置1及能量测定方法中，对作为测定对象输入的信号脉冲P，根据脉冲波形即信号强度随时间的变化求出能量E，同时利用对该信号脉冲P之前输入的其它信号脉冲前面已取得的数据，进行堆积校正。通过这样，能够去除与信号脉冲P堆积的其它信号脉冲的影响，正确测定各个信号脉冲P的能量E。
另外，作为对信号脉冲P的校正前的能量计算和堆积校正所用的数据，不直接采用产生的噪声信号等对信号脉冲P的影响较大的信号脉冲P的信号强度，而将用由门积分器32对信号强度进行积分的积分信号强度Q、由脉冲间隔计量器23计量的脉冲间隔T、以及根据它们求出的能量E用于能量计算。通过这样，能够高精度测定信号脉冲P的能量E。
由上可知，即使使信号脉冲间的脉冲间隔短、信号脉冲相互之间产生堆积时，也能够实现可正确而且高精度测定各个信号脉冲能量的能量测定方法及测定装置。这样的方法不限于信号脉冲的脉冲波形用单一的指数函数表示的情况，对于一般的时间波形，在很大的范围内都能够适用。
另外，关于能量测定装置，所包含的各电路组成等，根据需要可以采用各种方式。关于利用门积分器32的信号强度积分的结构，可以通过模拟运算对电流信号进行积分，或者也可以通过连续采样，将信号波形数字化之后，通过数字运算进行积分。另外，关于利用脉冲间隔计量器23的脉冲间隔计量，例如可以采用对脉冲间隔计量器23输入时钟脉冲并通过对时钟脉冲计数来计量时间间隔的方法。
下面更具体说明能量测定装置的构成，以及包含测定装置中进行的能量计算方法的能量测定方法。
图4是表示能量测定装置的第二实施形态的构成方框图。该能量测定装置1具有的构成，在例如成为测定对象的信号脉冲P的脉冲波形使如图1、图2A及图2B所示的例子那样的用单一的指数函数表示时，能够适用于该信号脉冲的能量测定。
本实施形态的能量测定装置1的构成中，关于触发信号生成器21、门信号生成器22、脉冲间隔计量器23、延迟电路31及门积分器32，与图3所示的实施形态相同。
本实施形态的能量计算单元10具有能量运算器11、查询表12、2个缓冲存储器40及41而构成。能量运算器11与测定对象即信号脉冲P0的输入相对应，为了计算其能量E0而进行必须的运算。另外，在查询表12中如后所述，存入能量运算器11进行运算中所用的系数数据。
在缓冲存储器40中，与各时刻成为测定对象的信号脉冲P0相对应，存入门积分器32输入的积分信号强度Q0及脉冲间隔计量器23输入的脉冲间隔T。另外，在缓冲存储器41中，存入信号脉冲P0之前的信号脉冲P1的积分信号强度Q1及脉冲间隔T1。在用能量运算器11进行的计算能量用的运算中，这些数据成为输入数据。
这样，构成的能量计算单元10具有进行计算能量E0用的运算的能量运算器11、存储测定对象的信号脉冲P0的积分信号强度Q0及脉冲间隔T0的缓冲存储器40(第一缓冲存储器)、以及存储信号脉冲P0之前输入的信号脉冲P1的积分信号强度Q1及脉冲间隔T1的缓冲存储器41(第二缓冲存储器)，通过这样能够切实进行用以参照存入缓冲存储器的各数据计算能量E的运算。
下面参照图4所示的能量测定装置1的构成、特别是能量计算单元10的构成，说明能够适用于信号脉冲P的脉冲波形是用式(1)所示时间波形f(t)这种单一指数函数表示时的能量E计算方法，即单一指数函数校正法。
在信号脉冲P0的脉冲波形用式(1)的时间波形f(t)表示时，若假设信号脉冲没有发生堆积，则将脉冲间隔T0作为积分时间对信号强度进行积分的积分信号强度Q0为Q0＝E0{1-exp(-T0/τ)}＝E0G(T0) …(4)这时，信号脉冲P0的能量E0根据存入脉冲存储器40的积分信号强度Q0及脉冲间隔T0求出为E0=Q0G(T0)···(5)]]>不同的是，在信号脉冲发生堆积时，积分信号强度Q0包含有信号脉冲P0之前的信号脉冲P1及P2等信号强度积分值。因而，为了正确求出能量E0，必须从式(5)的右边Q0/G(T0)去除信号脉冲P1及P2等的信号强度积分值，进行堆积校正。而对于该应该去除的信号强度积分值，在脉冲波形是单一的指数函数时，作为对测定对象即信号脉冲P0之前最靠近的信号脉冲P1前面取得的数据，能够根据存入缓冲存储器41的积分信号强度Q1及脉冲间隔T1求出。
由上可知，在单一指数函数校正法中，对信号脉冲T0进行堆积校正后的能量E0，可以根据存入缓冲存储器40的积分信号强度Q0及脉冲间隔T0、以及存入缓冲存储器41的积分信号强度Q1及脉冲间隔T1利用下式(6)求出。
E0=Q0G(T0)-Q1exp(-T1/τ)G(T1)···(6)]]>在上述式(6)中，作为对各信号脉冲Pi的信号强度的积分时间，原样使用下一个信号脉冲之前的脉冲间隔Ti。与此不同的是，实际上在考虑到为了门积分器32的积分值的读取及复位而需要一定程度的时间，则必须设定积分时间，另外，在脉冲间隔Ti较长时，为了不在整个长时期内对信号强度进行积分，最好设定最大积分时间作为积分时间的上限值。
若设门积分器32中积分值的读取及复位所需要的复位时间为Tr，作为上限值设定的最大积分时间为Tmax，则对于信号脉冲P的脉冲间隔T，实际上进行信号强度积分的有效积分时间T’为T＝min(Tmax，T-Tr)…(7)图5A及图5B时表示对信号脉冲P的脉冲波形的脉冲间隔T及有效积分时间T’的说明图。这里，图5A的图与图2A相同，是表示信号强度的时间变化即信号波形。另外，图5B给出的是对图5A所示信号波形进行积分的积分信号强度的时间变化，即积分波形。
在图5A及图5B中，作为例子所示的是信号脉冲P0的脉冲间隔T0相对于最大积分时间Tmax满足T0-Tr＜Tmax的情况。这时，与信号脉P0的脉冲间隔T0相对应的有效积分时间T’0为T’0＝T0-Tr。从门积分器32输出的积分信号强度相对于信号脉冲P0的信号波形，如图5B所示，为从积分开始在整个有效积分时间T’0内因信号强度的积分而增加的积分波形。然后，在下一个信号脉冲的积分开始之前的复位时间Tr内被复位，另外在门积分器32中进行积分值的读取。
这样，通过将有效积分时间T’作为信号强度的积分时间，能够防止积分时间持续很长时间，同时能够根据各信号脉冲P的脉冲间隔，设定适当的积分时间，以尽量提高计算的能量E的精度。另外，最大积分时间Tmax例如相对于脉冲波形f(t)的衰减时间常数τ，可设定为3τ量级。
另外，对于该有效积分时间T’，对于脉冲间隔T较长的情况，设定最大积分时间Tmax，但反过来对于脉冲间隔T较短的情况，也可以设定进行能量E计算用的最小脉冲间隔。在这种情况下，最小脉冲间隔最好对测定对象的信号脉冲P0的前脉冲间隔T1及随后的脉冲间隔T0分别设定。
通过对前脉冲间隔T1设定最小脉冲间隔，能够去除相对于信号脉冲P0的前信号脉冲P1的堆积过大的情况。另外，通过对随后脉冲间隔T设定最小脉冲间隔，能够去除不能充分确保信号脉冲P的积分时间的情况。
与采用上述的有效积分时间T’相对应，若定义与有效积分时间T’相对应的有效积分响应H(T)代替与脉冲间隔T相对应的积分响应G(T)，则该H(T)表示为H(T)＝G(T′)＝1-exp(-T′/τ) …(8)对于信号脉冲P0进行堆积校正后的能量E0，若用该有效积分响应H(T)，则可以利用将上述式(6)加以修正的下述式(9)求出。
E0=Q0H(T0)-Q1exp(-T1/τ)H(T1)···(9)]]>=Q0·A(T0)-Q1·B(T1)]]>在该式(9)中，A(T)为根据用门积分器32取得的积分信号强度Q0求出与全积分强度对应的能量E0用的系数，该值根据信号脉冲P0的脉冲间隔T0来决定。另外，B(T)为利用此前连续的信号脉冲P1的积分信号强度Q1进行堆积校正用的系数，该值根据信号脉冲P1的脉冲间隔T1来决定。
由上述可知，在能量运算器11中，通过参照脉冲间隔T0及T1来决定系数A(T0)及B(T1)，就能够根据存入缓冲存储器40的积分信号强度Q0及存入缓冲存储器41的积分信号强度Q1，很容易求出信号脉冲P0的正确能量E0。
这里，关于能量E0计算所用的系数A(T)及B(T)，最好对于多个脉冲间隔T的值预先分别求出各系数的值，并根据这些系数的值生成查询表12(参照图4)。通过这样，对于取得的脉冲间隔T0及T1，就能够从查询表12所包含的系数A(T)查询表及系数B(T)查询表这2个表当中，分别读出系数值A(T0)及B(T1)，以短时间高效率计算出经过堆积校正的能量E0。
下面说明信号脉冲P的脉冲波形不是用单一指数函数表示的一般性时间波形(一般波形)的情况。
闪烁检测器与放射线检测相对应输出的信号脉冲的一般波形，例如可以用衰减时间常数不同的多个指数函数之和来表示。图6是作为具有这样的一般波形的信号脉冲的脉冲波形例示，是表示包含衰减时间常数小而衰减快的分量及衰减时间常数大而衰减慢的分量的脉冲波形f(t)＝Eg(t)的示意图。
在对具有这样的一般波形对信号脉冲进行堆积校正中，由于时间波形不同，虽然不能采用上述式(6)或式(9)，但是根据前面测定的其他信号脉冲对能量，来推断与信号脉冲堆积的前面的信号脉冲产生的信号强度(电荷量)，也同样能够进行堆积校正。
图7是表示能量测定装置对第3实施形态的构成方框图。该能量测定装置1具有的构成，在例如成为测定对象的信号脉冲P的脉冲波形是如图6所示的例子那样的不是用单一的指数函数表示的一般波形时，能够运用于该信号脉冲的能量测定。
本实施形态的能量测定装置1的构成中，关于触发信号生成器21、门信号生成器22、脉冲间隔计量器23、延迟电路31及门积分器32，是与图3所示的实施形态相同。
本实施形态的能量计算单元10是具有能量运算器11、查询表12、数据输入侧的缓冲存储器45及能量输出侧的缓冲存储器50而构成。能量运算器11与测定对象即信号脉冲P0的输入相对应，为了计算能量E0而进行必需的运算。另外，在查询表12中，存入用能量运算器11进行的运算中所用的系数数据。
在数据输入侧的缓冲存储器45中，与各时刻成为测定对象的信号脉冲P0相对应，存入门积分器32输入的积分信号强度Q0及脉冲间隔计量器23输入的脉冲间隔T0。另外，还存入信号脉冲P0之前的连续J个(J＝1或以上的整数)信号脉冲P1、P2、...、PJ的脉冲间隔T1、T2、...、TJ。另外，在能量输出侧的缓冲存储器50中，存入对信号脉冲P0计算的能量E0。另外，还存入信号脉冲P0之前的J个信号脉冲P1、P2、...、PJ的能量E1、E2、...、EJ。在用能量运算器11进行的计算能量的运算中，这些数据成为输入数据。
下面参照图7所示的能量测定装置1的构成、特别是能量计算单元10的构成，说明能够使用于信号脉冲P的脉冲波形是一般波形时的能量E的计算方法即多项校正法。
如图6所示的该例示的情况，若没信号脉冲P的脉冲波形作为一般性的时间波形，用f(t)＝Eg(t)表示，则与单一指数函数时有关的式(3)所示的积分相应对应的积分响应G(T)成G(T)=∫0Tg(t)dt···(10)]]>再有，若考虑到门积分器32的复位时间Tr及最大积分时间Tmax而采用式(7)的有效积分时间T’，则与式(8)所示的有效积分响应相对应的有效积分效应H(T)表示为H(T)=G(T')=∫0T'g(t)dt···(11)]]>对信号脉冲P0进行堆积校正后的能量E0可以用该有效积分响应H(T)，利用下式(12)求出。
E0=Q0H(T0)-Σj=1JEjH(tj+T0)-H(tj)H(T0)···(12)]]>=Q0·C0(T0)-Σj=1JEj·Cj(Tj)]]>式中，J为测定对象的信号脉冲P0之前输入的信号脉冲中进行堆积校正所用的信号脉冲P1、...、PJ的个数。该个数J也与存入上述缓冲存储器45的前面的脉冲间隔T1、...Tj的数据及存入缓冲存储器50的前面的能量E1、...EJ的数据数相对应。
另外，在式(12)中，C0(T)为根据用门积分器32取得的积分信号强度Q0求出与全积分强度对应的能量E0用的系数，该根据信号脉冲P0的脉冲间隔T0决定。另外，Cj(Tj)＝Cj(tj，T0)(j＝1、...、J)为利用信号脉冲P0之前的J个信号脉冲Pj的各能量Ej进行堆积校正用的系数，根据信号脉冲Pj的脉冲间隔Tj来决定。另外，tj是令信号脉冲P0上升时刻为0时与信号脉冲Pj上升时刻对应(参照图2A)，若用脉冲间隔Tj表示，则
tj＝T1+T2+……+Tj…(13)由上可知，在能量运算器11中，通过参照脉冲间隔T0、T1、...、TJ来决定系数C0(T0)、Cj(Tj)，即使信号脉冲P0的脉冲波形为一般波形，也能够根据存入缓冲存储器45的积分信号强度Q0及存入缓冲存储器50的能量E1、...EJ，很容易求出信号脉冲P0的正确能量E0。
这里，关于能量E0计算所用的系数C0(T)及Cj(T)(j＝1、...、J)，最好对于多个脉冲间隔T的值预先分别求出各系数的值，并根据这些系数的值生成各自的查询表12(参照图7)。通过这样，能够以短时间高效率计算出经过堆积校正的能量E0。
另外，关于堆积校正所有的信号脉冲的个数J，若J越多，则堆积校正的精度、因而计算的能量E0的精度越提高。实际上，最好考虑到测定对象即信号脉冲的脉冲波形、信号脉冲的输入频次、计算能量E0用的运算所需要的时间、以及准备的查询表的数据量等，设定适当的个数J。
对于一般波形的利用式(12)的能量计算方法，如上所述，是采用信号脉冲P0之前的J个信号脉冲进行堆积校正的多项校正法。该式(12)若忽略第J+1项以后的信号脉冲的影响而除去，则构成能量E0的正确展开式。与此相反，为了简化能量运算，同时减少运算所用的数据量，也可以采用2项近似法或3项近似法，对一般波形进行堆积校正。
首先，对于2项近似法，是在信号脉冲P0的能量E0计算中，忽略信号脉冲P2以前的信号脉冲的电荷(参照图2A)，假设从紧接着前面的信号脉冲P1的上升时刻t1到信号脉冲P0的上升时刻0的电荷量全部由信号脉冲P1产生。这时，堆积校正后的信号脉冲P0的能量E0可以利用下式(14)近似求出。
E0=1H(T0)[Q0-Q1H(t1+T0)-H(t1)H(T1)·x]···(14)]]>=Q0·D0(T0)-Q1·D1(T1)]]>式中，x为根据脉冲波形按照经验确定的校正系数。
图8是表示与利用式(14)的2项近似法的能量计算方法对应的能量计算单元一个构成例示的方框图。该能量计算单元10是具有能量运算器11、查询表12、数据输入侧的2个缓冲存储器40及41而构成。该构成除了能量运算器11进行的运算内容之外，其余与图4所示的构成相同。
在缓冲存储器40中，与各时刻成为测定对象的信号脉冲P0相对应，存入积分信号强度Q0及脉冲间隔T0。另外，在缓冲存储器41中，存入信号脉冲P1的积分信号强度Q1及脉冲间隔T1。
能量运算器11参照脉冲间隔T0及T1，决定系数D0(T0)及D1(T1)，或者从查询表12读出系数D0(T0)及D1(T1)的值。通过这样，能够根据存入缓冲存储器40的积分信号强度Q0及存入缓冲存储器41的积分信号强度Q1，利用式(14)求出进行堆积校正的能量E0。
另外，对于3项近似法，是在信号脉冲P0的能量E0计算中，忽略信号脉冲P3以前的信号脉冲电荷，假设信号脉冲P1的能量E1的影响正确进行校正，同时从信号脉冲P2的上升时刻-t2到信号脉冲P1的上升时刻-t1的电荷量全部由信号脉冲P2产生。这时，堆积校正后的信号脉冲P0的能量E0可以利用下式(15)近似求出。
E0=1H(T0)[Q0-E1{H(t1+T0)-H(t1)}-Q2H(t2+T0)-H(t2)H(T2)·x]···(15)]]>=Q0·D0(T0)-E1·D1(T1)-Q2·D2(T2)]]>式中，x为根据脉冲波形按照经验确定的校正系数。
图9是表示与利用式(15)的3项近似法的能量计算法对应的能量计算单元一个构成例子的方框图。该能量计算单元10是具有能量运算器11、查询表12、数据输入侧的3个缓冲存储器40及41及42、以及能量输出侧的缓冲存储器50而构成。
在缓冲存储器40中，与各时刻成为测定对象的信号脉冲P0相对应，存入积分信号强度Q0及脉冲间隔T0。另外，在缓冲存储器41中，存入信号脉冲P1的积分信号强度Q1及脉冲间隔T1。另外，在缓冲存储器42中，存入信号脉冲P2的积分信号强度Q2及脉冲间隔T2。另外，在能量输出侧的缓冲存储器50中，存入信号脉冲P0的能量E0及信号脉冲P1的能量E1。
能量运算器11参照脉冲间隔T0、T1及T2，决定系数D0(T0)、D1(T1)及D2(T2)，或者从查询表12当中读出系数D0(T0)、D1(T1)及D2(T2)的值。通过这样，能够根据存入缓冲存储器40的积分信号强度Q0、存入缓冲存储器50的能量E1及存入缓冲存储器42的积分信号强度Q2，利用式(15)求出经过堆积校正的能量E0。
对于采用上述单一指数函数校正法、多项校正法、2项校正法或3项校正法作为能量计算方法的能量测定，分别进行仿真对其效果进行确认。该仿真中，使具有规定脉冲波形及能量的多个信号脉冲按规定的平均计数率在时间上随机发生，根据规定的能量计数法及堆积校正法，对能量计算值进行仿真，推算平均的波峰分布及能量分辨率。各脉冲信号的能量用光电倍增管的第1倍增极收集的全部光电子数表示，对于所计量的各脉冲信号的能量，假定规定的积分时间内所收集的光电子数随泊松分布产生统计上的变化。另外，假定各脉冲间隔能够正确计量，同时忽略脉冲间隔的计量误差及数字化所产生的误差。
首先，参照图10及图11说明利用单一指数函数校正法的能量计算及堆积校正的仿真结果。这里，对于信号脉冲P的脉冲波形，假定是衰减时间常数τ＝240ns的单一指数函数分量的时间波形，令能量按光电子数表示为1000。另外，对于其它条件，分别设定复位时间Tr＝50ns，最大积分时间Tmax＝1000ns。
图10是表示对输入信号脉冲用单一指数函数校正法求出的能量计算值分布图。在该图中，横轴表示对信号脉冲P的能量E计算值(通道(channel))，纵轴表示每个通道的计数值。
在图10中，表示对输入计数率以(1)0.01Mcps、(2)1Mcps、(3)2.5Mcps及(4)5Mcps这4个条件分别进行仿真得到的能量分布。由此可知，随着输入计数率增大，虽然能量分辨率略有降低，但利用堆积校正，能够抑制因其它信号脉冲的信号强度被积分而引起的能量偏移及能量分辨率的降低。
另外，图11是表示对输入信号脉冲用单一指数函数校正法求出的能量计算值的半高宽(FWHM)及10％高宽(FWTM)图。由这些图还可知，对于具有单一指数函数的脉冲波形的信号脉冲，通过用单一指数函数校正法进行堆积校正，能够最大限度抑制随着输入信号脉冲数的增大所造成的能量分辨率降低。
下面参照图12及图13说明利用2项近似法、3项近似法及多项校正法的能量计算及堆积校正的第1仿真结果。这里，对于信号脉冲P的脉冲波形，假定将包含强度比为70％∶30％的衰减时间常数τ1＝240ns的第1指数函数分量及τ2＝50ns的第2指数函数分量的时间波形作为代表性波形。另外，对于其他条件，分别设定复位时间Tr＝50ns、最大积分时间Tmax＝1000ns，能量按光电子数表示为2000。
图12是表示对输入信号脉冲用2项近似法、3项近似法及多项校正法求出的能量计算值的FWHM及FWTM图。这里，在2项近似法中，令校正系数x＝1.1。而3项近似法中，令校正系数x＝1.2。另外，在多项校正法中，设堆积校正所用的信号脉冲的个数J＝5。
由这些图可知，对于具有一般波形的脉冲波形的信号脉冲，通过用2项近似法、3项近似法或多项校正法进行堆积校正，能够最大限度抑制随着输入信号脉冲数的增大所造成的能量分辨率降低。
另外，若对2项近似法、3项近似法与多项校正法分别进行比较，则通过将堆积校正的项数从2项增加为3项及多项(J＝5)，能够提高所得到的能量计算值的精度。
另外，图13是表示上述仿真结果中输入计算率与输出计数率的关系即计数率特性图。将最小积分时间设定为100ns的结果是，仅可检测信号脉冲中前后脉冲间隔都在100ns(共计200ns)或以上(含100ns)的情形，因此输出计数率在5Mcps处呈现出饱和。
下面参照图14、图15A及图15B说明利用2项近似法、3项近似法及多项校正法的能量计算和堆积校正的第2仿真结果。这里，对于信号脉冲P的脉冲波形，假定将包含强度比为30％∶30％∶40％的衰减时间常数τ1＝1000ns的第1指数函数分量、τ2＝210ns的第2指数函数分量及τ3＝26ns的第3指数函数分量的时间波形作为代表性波形。另外，关于其它条件，则与图12及图13的情况相同。
图14是表示对输入信号脉冲用2项近似法、3项近似法及多项校正法求出的能量计算值的FWHM及FWTM图。这里，在2项近似法中，令校正系数x＝1.7。而在3项近似法中，令校正系数x＝2.0。另外，在多项校正法中，设堆积校正所用的信号脉冲的个数J＝5(多项1)及J＝10(多项2)。
由这些图可知，与图12所示的图相同，对于具有一般波形的脉冲波形的信号脉冲，通过用2项近似法、3项近似法或多项校正法进行堆积校正，能够最大限度抑制随着输入信号脉冲数的增大所造成的能量分辨率降低。
另外，对2项近似法、3项近似法、令J＝5的多项校正法与令J＝10的多项校正法分别进行比较可知，通过将堆积校正的项数增多，可提高所得到的能量计算值的精度。
另外，图15A及图15B是表示对输入信号脉冲用(A)3项近似法及(B)令J＝5的多项近似法所求出的能量计算值的分布图。
在图15A及图15B中，表示对输入计数率以(1)0.01Mcps、(2)1Mcps、(3)2Mcps、(4)3Mcps及(5)4Mcps这5个条件分别进行仿真得到的能量分布。由此可知，随着输入计数率增大，虽然能量分辨率略有降低，能量分布中心值略向高能量侧偏移，但利用堆积校正，可抑制能量偏移及能量分辨率的降低。
这里，在适用于代表性波形场合的2项近似法、3项近似法及多项校正法中，如上所述，通过增多堆积校正的项数(堆积校正所用的信号脉冲个数)，提高所得到的能量计算值的精度。但是，若堆积校正的项数增多，计算能量所用的运算便变得复杂，另外在用查询表时，所需查询表个数及数据量增大。因此，关于堆积校正的项数，最好根据所需的能量计算值精度及预想的信号脉冲的输入频次等，选择使用适当的项数及校正法。
另外，在能量测定中，对于连续输入的各个信号脉冲P，往往将所取得的积分信号强度Q及脉冲间隔T以列表方式采集数据，再在采集数据后或与采集数据并行以脱机方式进行能量计算。在这种情况下，可以与采集数据分开，另外利用软件执行计算能量所用的运算，也能够适用于增加堆积校正项数J的条件下的多项校正法这种复杂运算。
象这样以脱机方式进行能量计算的装置构成，可以构成为上述能量测定装置1的构成中能量计算单元10是其它装置的能量计算装置(例如具有能量计算用软件的计算机)。在这种情况下，在能量测定装置1中，只要设置将积分信号强度Q及脉冲间隔T等数据记录在规定记录介质中的记录手段来代替能量计算单元10即可。
另外，在对除单一指数函数以外的代表性波形的能量测定中，也可以例如采用下述的构成，即利用微分电路等波形整形电路，去除衰减时间常数长的分量等，在对脉冲波形进行整形后，进行信号处理。
另外，在发光脉冲波形用单一指数函数表示时，作为现有方法已经说明了Wong方法，但为了对利用这些方法的效果进行比较，采用根据本发明的单一指数函数校正法及上述Wong方法，分别对能量计算及堆积校正进行仿真。这里，对于信号脉冲P的脉冲波形，假定是基于衰减时间常数τ＝300ns的单一指数函数分量的时间波形，能量按光电子数表示为2000。另外，对于Wong的方法，为了减少电流信号所包含的噪声信号的影响，设在信号处理前用滤波电路进行信号脉冲的滤波，在滤波时间为10ns(现有技术1)、20ns(现有技术2)及50ns(现有技术3)这三个条件下分别进行仿真。
图16是表示对输入信号脉冲用单一指数函数校正法及以往校正法的Wong方法求出的能量计算值的FWHM图。由这些图可知，与同时采用信号脉冲滤波及Wong的方法的情况相比，单一指数函数校正法对随着输入计数率增大所造成的能量分辨率降低的抑制效果好。
另外，图17A及图17B是表示对输入信号脉冲用(A)单一指数函数校正法及(B)Wong的方法求出的能量计算值的分布图。
在图17A及图17B中，表示对输入计数率以(1)0.01Mcps、(2)1Mcps、(3)2.5Mcps及(4)5Mcps的4个条件分别进行仿真得到的能量分布。由这些图也可知，单一指数函数校正法对随着输入计数率增大所造成的能量分辨率降低的抑制效果好。
下面作为根据本发明的能量测定装置的第4实施形态，说明采用脉冲波形辨别的情况。所谓脉冲波形辨别(PSDPulse Shape Discrimination)的方法是，在光电倍增管中安装具有不同发光衰减时间常数的多个闪烁体，跟据信号波形的不同，来辨别是哪一个闪烁体检测出放射线而发光，从而进行检测。例如，若1个光电倍增管中安装γ射线用闪烁体及中子用闪烁体，采用波形辨别，则能够同时辨别γ射线及中子射线进行计量。另外，闪烁体中有因γ射线、α射线、重粒子射线等所检测的不同放射线种类而呈现不同的发光衰减时间常数的闪烁体。若采用这样的闪烁体，则能够利用波形辨别法，辨别放射线的种类进行测定。作为具体的波形辨别法有多种方法。在下面的例子中使用的方法是，对信号脉冲进行2次不同的时间积分所得到的积分值之比将因发光衰减时间常数而异，因而利用这一点来进行波形辨别，但并不限定于此。
图18是表示用这样的波形辨别法的第4实施形态的构成方框图。该能量测定装置1所具有的构成，在作为测定对象的信号脉冲P所输入的是具有不同衰减时间常数τ1和τ2其中之一的单一指数函数波形这2种信号脉冲时，可适用该信号脉冲的能量测定。
本实施形态的能量测定装置1的构成，就触发信号生成器21、门信号生成器22、延迟电路31及门积分器32来说，与图3所示的实施形态相同。
在本实施形态中，设置包含脉冲间隔计量手段功能的采样时间设定单元24，以代替脉冲间隔计量器23。采样时间设定单元24对信号脉冲P0的脉冲间隔T0进行计量，同时根据所计量的脉冲间隔T0，设定进行信号强度积分的采样时间即有效积分时间T′(参照式(7))，并指令门信号生成器22。门信号生成器22根据触发信号生成器21所输入的触发信号和采样时间设定单元24所指令的有效积分时间T′，生成一指令信号强度积分用的门信号。
门积分器32根据门信号的指令，对延迟电路31所输入的信号脉冲P0的信号强度进行积分。按门信号指令的有效积分时间T′进行积分所得到的积分信号强度，可通过由采样保持电路和ADC所构成的A/D变换器33，作为积分信号强度Q0输出。
另一方面，对门积分器32除了指令对每个信号脉冲P0设定的有效积分时间T′以外，还指令积分时间TP。该积分时间TP是预先设定的固定值，使之比设想的有效积分时间T′短(T′＞TP)。以积分时间TP积分所得到的积分信号强度，可通过由采样保持电路和ADC所构成的A/D变换器34，作为积分信号强度QP输出。
A/D变换器33输出的积分信号强度Q0和A/D变换器34输出的积分信号强度QP输入至脉冲波形辨别器25。脉冲波形辨别器25利用积分时间不同的积分信号强度Q0与QP之比Q0/QP，根据预先设定的波形辨别条件，进行多种(这里是2种)脉冲波形的辨别，并将得到的波形辨别结果x0(x0＝1或2)输出。
能量计算单元10具有能量运算器11、查询表12、2个缓冲存储器46及47所构成。能量运算器11与测定对象即信号脉冲P0的输入相对应，进行该能量E0计算所需的运算。另外，查询表12中存储有能量运算器11所执行运算所用的系数数据。
对各时刻作为测定对象的信号脉冲P0，A/D变换器33所输出的积分信号强度Q0、采样时间设定单元24所输出的脉冲间隔T0和脉冲波形辨别器25所输出的波形辨别结果x0分别输入能量运算器11，同时存入缓冲存储器46。另外，缓冲存储器47中存储有信号脉冲P0之前的信号脉冲P1的积分信号强度Q1、脉冲间隔T1以及波形辨别结果x1。在用能量运算器11进行的能量计算所用的运算中，这些数据为输入数据。
下面参照图18所示的能量测定装置1的构成，具体说明伴随脉冲波形辨别时的能量E的计算方法。
关于作为测定对象输入至能量测定装置1的信号脉冲P，假设存在2种信号脉冲，分别具有不同衰减时间常数τ1及τ2的脉冲波形。这时，与衰减时间常数τk(k＝1或2)的信号脉冲相对应的脉冲波形fk(t)、积分信号强度Qk(T)及积分响应Gk(T)分别为fk(t)＝(E/τk)exp(-t/τk)(k＝1或2)…(16a)Qk(T)=∫0Tfk(t)dt=E{1-exp(-T/τk)}···(16b)]]>Gk(T)＝1-exp(-T/τk) …(16c)另外，若用复位时间Tr及最大积分时间Tmax根据式(7)设定2个积分时间中的较长的有效积分时间T′，则有效积分响应Hk(T)表示为Hk(T)＝Gk(T′)＝1-exp(-T′/τk) …(17)另外，较短的积分时间TP如上所述，是预先设定的固定值。
如图18所示，设测定对象的信号脉冲P0及它前面的信号脉冲P1的波形辨别结果分别为k＝x0及x1(都为1或2)。这时，对信号脉冲P0进行堆积校正后的能量E0可以利用下式(18)求出。
E0=Q0Hx0(T0)-Q1exp(-T1/τx1)Hx1(T1)···(18)]]>=Q0·Ax0(T0)-Q1·Bx1(T1)]]>另外，关于与衰减时间常数τ1的脉冲波形相对应的系数A1(T)及B1(T)、以及与衰减时间常数τ2的脉冲波形相对应的系数A2(T)及B2(T)，可以在能量运算器11中每次进行运算求出。或者，也可以预先进行运算求出系数A1(T)、B1(T)、A2(T)、B2(T)，再生成查询表12。在这种情况下，与不进行脉冲波形辨别的情况相比，必须准备2倍数量及数据量的查询表。
这里将说明脉冲波形辨别器25中所进行的、辨别衰减时间常数τ1及τ2的2种脉冲波形的脉冲波形辨别。
图19A及图19B是表示对信号脉冲P进行脉冲波形辨别用的积分时间的设定图。在这里，图19A的图是表示信号强度的时间变化即信号波形。另外，图19B的图是表示将图19A所示的信号波形进行积分的积分信号强度的时间变化即积分波形。在本实施形态的能量测定装置1中，如图19A及图19B所示，对信号脉冲P0的信号强度的积分设定2个积分时间T0′及TP。其中，较长的积分时间T0’是与图5A及图5B所示的不伴随脉冲波形辨别的情况相同的通常的有效积分时间。另外，较短的积分时间Tp是为了脉冲波形辨别用而固定设定的积分时间。在脉冲波形辨别器25中，通过比较以长积分时间T’求出的积分信号强度Q0与以短积分时间Tp求出的积分信号强度Qp，来辨别2种脉冲波形。
图20是表示信号脉冲的脉冲波形的辨别方法图。在该图中，横轴表示取决于各个信号脉冲P的脉冲间隔T而变化的有效积分时间T’，纵轴表示积分信号强度之比Q0/Qp。
对于衰减时间常数τ1的脉冲波形与衰减时间常数τ2的脉冲波形，由于其衰减速度不同，因此即使在积分时间T’(T’＞Tp)相等时，积分信号强度Q0与Qp之比R(T’)＝Q0/Qp也互相成为不同的值。因而，通过利用该比值，能够辨别两种脉冲波形。
图20的曲线图中，对于衰减时间常数τ1的脉冲波形的积分信号强度比值R1(T’)＝G1(T’)/G1(Tp)和衰减时间常数τ2的脉冲波形的积分信号强度比值R2(T’)＝G2(T’)/G2(T’)/G2(Tp)，分别给出了取决于有效积分时间T’的关系。
若积分时间T’＝T0，它们的比值为R1(T’)＝R2(T’)＝1。然后，随着有效积分时间T’延长，比值R1(T’)及R2(T’)分别增大，同时两者之差增大。对于这种情况，利用在脉冲波形辨别器25中能够判别比值R1(T’)与R2(T’)之差的积分时间，对有效积分时间T’设定最小积分时间Tmin。另外，在比值R1(T’)与R2(T’)这2条曲线的近似中心处设定波形辨别曲线Rp(T’)。
通过这样，对于根据信号脉冲P0实际求出的积分信号强度比值R(T’)＝Q0/Qp，在脉冲波形辨别器25中通过将它与上述波形辨别曲线Rp(T’)值进行比较，能够辨别脉冲波形。
即，若求出的比值为Q0/Qp＞Rp，为测定对象的信号脉冲P0便为具有衰减时间常数τ1的脉冲波形。这时，脉冲波形辨别器25作为波形辨别结果则输出x0＝1。另外，若Q0/Qp＜Rp，信号脉冲P0则为具有衰减时间常数τ2的脉冲波形。这时，脉冲波形辨别器25作为波形辨别结果则输出x0＝2。
这样，通过伴随脉冲波形辨别进行能量测定，在例如来自分别具有不同衰减时间常数的多个闪烁器的信号脉冲作为能量测定对象输入等情况的不同脉冲波形的信号输入时，能够采用分别与脉冲波形相对应的适当计算方法，来进行能量计算。
对于上述伴随脉冲辨别的情况，进行了能量计算及堆积校正的仿真。这里，对于信号脉冲P的脉冲波形，假定分别是基于衰减时间常数τ1＝100ns或者τ2＝50ns的单一指数函数分量的2种时间波形，假定这些脉冲以相同的概率随机发生。另外，设能量为一定(光电子数2000)。另外，对于其它条件，分别设定为复位时间Tr＝50ns、固定积分时间Tp＝30ns，对有效积分时间T’的最小积分时间Tmin＝50ns、最大积分时间Tmax＝500ns。
图21A～图21C是表示对输入信号脉冲进行脉冲波形辨别及堆积校正求出的能量计算值的分布图，图21A是表示不进行积分时间校正及堆积校正的条件1的能量分布，图21B是表示仅进行积分时间校正的条件2的能量分布，图21C是表示积分时间校正及堆积校正这两项都进行的条件3的能量分布。
另外，在各图中，表示对输入计数率以(1)0.1Mcps、(2)1Mcps、(3)2.5Mcps及(4)5Mcps这4个条件分别进行仿真得到的能量分布。
首先，在不进行堆积校正而且不进行积分时间校正而将积分信号强度Q原样作为能量E的图21A图中，随着输入计数率增大，则能量分辨率降低，同时产生因积分时间缩短而导致的低能量侧的分布及因信号脉冲堆积而导致的高能量侧的分布。另外，在仅对进行积分时间校正的图21B的图中，虽然因积分时间而导致的低能量侧的分布没有了，但因堆积而导致的高能量侧的分布仍保留。
不同的是，对积分时间校正及堆积校正这两项都进行的图21C的图中，低能量侧及高能量侧的分布都消失了。另外，其能量分辨率也提高。
图22是表示对输入信号脉冲进行脉冲波形辨别及堆积校正求出的能量计算值的FWHM及FWTM图。与图21A～图21C相同，表示分别与条件1、2及3对应的图。由这些图可知，在积分时间校正及堆积校正这两项都进行的条件之中，能够尽量抑制随着信号脉冲数的增大而导致的能量分辨率的降低。
另外，图23是表示上述仿真结果中的计数率特性图。在这种情况下，将最小积分时间设定为50ns结果，输出计数率在10Mcps处饱和。
下面作为能量测定装置的第5实施形态，说明适用于伽马相机及PET装置等所用的2维位置检测型的放射线检测器输出的信号脉冲的情况。在这里作为其一例，叙述的是适用于PET装置中经常使用的2维位置检测型的组合检测器输出的信号脉冲的情况。图24是表示这样的实施形态的构成方框图。这里所用组合检测器如图25所示，是将BGO(锗酸铋)等闪烁体SC的结晶排列成2维的矩阵形(例如8行8列的矩阵)，将4个方形光电倍增管PMT通过光学耦合，若将来自4个光电倍增管PMT的信号脉冲分别设为PA、PB、PC及PD，将这些信号脉冲的能量分别设为EA、EB、EC及ED，将它们合计的能量设为E，则检测出Y射线闪烁器的X座标及Y座标可分别利用下式求出。
X=(EA+EB)-(EC+ED)E,Y=(EA+EC)-(EB+ED)E···(19)]]>也可以用1个位置检测型光电倍增管来代替4个光电倍增管。
若在这样的装置中产生信号脉冲的堆积，则不仅不能正确测定放射线的能量，而且也不能正确测定放射线的检测位置，因此发生清晰度恶化及图像失真的现象。
本实施形态的能量测定装置1的构成，基本上是将图4所示构成加以变形而成的。具体来说，关于触发信号发生器21，门信号发生器22及脉冲间隔计量器23，是与图4所示的实施形态相同。
另外，对于作为测定对象输入的4个信号脉冲PA0，PB0，PC0，PD0，设置将这些信号脉冲相加生成合计信号脉冲P0的加法电路35。用该加法电路35生成的信号脉冲P0输入至触发信号生成器21。
另外，对于延迟电路21及门积分器32，分别与PA0、PB0、PC0、PD0、P0的5个信号脉冲相对应，设置延迟电路31A、31B、31C、31D、31E以及门积分器32A、32B、32C、32D、32E。
另外，在能量计算单元10中，对于缓冲存储器40及41，设置分别存入与信号脉冲PA0、PB0、PC0、PD0及P0相对应的积分信号强度QA0、QB0、QC0、QD0及Q0的缓冲存储器40A、40B、40C、40D以及40E以及分别存入与信号脉冲PA1、PB1、PC1、PD1及P1相对应的积分信号强度QA1、QB1、QC1、AD1及Q1的缓冲存储器41A、41B、41C、41D及41E。另外，设置存入与信号脉冲P0相对应的脉冲间隔T0的缓冲存储器40T、以及存入与信号脉冲P1相对应的脉冲间隔T1的缓冲存储器41T。
再有，对于能量运算器11，设置分别与信号脉冲PA0、PB0、PC0、PD0及P0相对应的能量运算器11A、11B、11C、11D及11E。另外，在该图24中，对于能量计算单元10中设置的查询表，省略图示。
在以上构成中，信号脉冲PA0利用延迟电路31A门积分器32A、缓冲存储器40A及41A、以及能量运算器11A进行信号处理，计算出对应的能量EA0。另外，信号脉冲PB0延迟电路31B、门积分器32B、缓冲存储器40B及41B、以及能量运算器11B进行信号处理，计算出对应的能量EB0。另外，信号脉冲PC0利用延迟电路31C、门积分器32C、缓冲存储器40C及41C、以及能量运算器11c进行信号处理，计算出对应的能量EC0。另外，信号脉冲PD0利用延迟电路31D、门积分器32D、缓冲存储器40D及41D、以及能量运算器11D进行信号处理，计算出对应的能量ED0。
另外，信号脉冲PA0、PB0、PC0及PD0相加的信号脉冲P0，利用延迟电路31E、门积分器32E、缓冲存储器40E及41E、以及能量运算器11E进行信号处理，计算出对应的总能量E0。然后，根据这些能量EA0、EB0、EC0、ED0及E0，用式(19)求出检测出2射线的闪烁体的位置。
但是，这样得到的X座标和Y座标不一定与闪烁体的正确的X座标和Y座标成正比，而且还包含统讦噪声。另外，由于闪烁体的正确位置要知道根据其排列是多个位置的哪一个，因此必须利用预先准备的查询表，将测定的座标值变换为正确的座标值。另外，由于能量E0相当于检测的放射线的能量，因此通过对该信号进行波峰分析，来进行放射线的能量甄别。
根据本发明的能量测定方法及测定装置，不限于上述的实施形态，可以有各种变形。例如，关于信号脉冲的堆积校正，不限于上述的单一指数函数校正法、2项近似法、3项近似法及多项校正法，只要是用积分信号强度、脉冲间隔及能量的方法，也可以根据具体的脉冲波形等，采用各种校正法。
另外，关于能量计算单元10中设置的缓冲存储器的构成，最好根据堆积校正中使用的数据，适当改变构成。
根据本发明的能量测定方法及测定装置，如以上详细所述，即便是高计数率，也能够用作为可正确且高精度测定各个信号脉冲能量的测定方法及测定装置。即，根据测定对象的信号脉冲的积分信号强度及脉冲间隔，计算能量，同时根据该信号脉冲之前输入的信号脉冲的积分信号强度或能量的至少一个量及脉冲间隔，进行堆积校正，根据上述这样的能量测定方法及测定装置，就能够去除与信号脉冲堆积的其它信号脉冲的影响，正确而且高精度测定各个信号脉冲的能量。
这样的信号脉冲堆积的问题，是在各种形态的放射线检测器及其它装置中产生的。因而，上述的能量测定方法及测定装置可广泛适用于与放射线的能量及放射线的检测位置有关的信息测定中所必需的各种装置，例如闪烁检测器、能谱仪、放射线位置检测器、伽马照相机、SPECT装置及PET装置等，即便是高计数率也能够很好地保持这些装置的能量分辨率及清晰度。
权利要求
1.一种能量测定方法，对测定对象信号脉冲的脉冲波形通过将其信号强度进行积分来测定所述信号脉冲的能量，其特征在于，包括对所输入的信号脉冲取得所述信号脉冲到下一信号脉冲的时间间隔即脉冲间隔的脉冲间隔取得步骤；在与所述脉冲间隔相对应设定的规定积分时间内对所述信号脉冲的信号强度进行积分，取得积分信号强度的积分强度取得步骤；以及根据所述积分强度取得步骤中所取得的所述积分信号强度和所述脉冲间隔取得步骤中所取得的所述脉冲间隔，计算与所述信号脉冲的全积分强度对应的能量的能量计算步骤，在所述能量计算步骤中，对根据测定对象的所述信号脉冲的所述积分强度和所述脉冲间隔计算出的校正前能量，根据该信号脉冲之前输入的信号脉冲的所述积分信号强度和所述能量两者中至少之一及所述脉冲间隔进行堆积校正，计算经过校正的所述能量。
2.如权利要求1所述的能量测定方法，其特征在于，在所述能量计算步骤中，用根据所述脉冲间隔T所决定的系数A(T)和B(T)，时刻t0所输入的信号脉冲P0的所述能量E0，根据所述信号脉冲P0的积分信号强度Q0和脉冲间隔T0、以及时刻t1(t1＜t0)连续输入的信号脉冲P1的积分信号强度Q1和脉冲间隔T1，利用下式E0＝Q0·A(T0)-Q1·B(T1)进行计算。
3.如权利要求1所述的能量测定方法，其特征在于，在所述能量计算步骤中，令测定对象的所述信号脉冲之前输入的信号脉冲当中用于所述堆积校正的信号脉冲个数为J个(J＝1或以上的整数)，同时用根据所述脉冲间隔T所决定的系数C0(T)及Cj(T)(j＝1、...、J)，时刻t0所输入的信号脉冲P0的前述能量E0，根据所述信号脉冲P0的积分信号强度Q0和脉冲间隔T0、以及分别在时刻tj(tj＜tj-1)连续输入的J个信号脉冲Pj的能量Ej和脉冲间隔Tj，利用下式E0=Q0·C0(T0)-Σj=1···JEj·Cj(Tj)]]>进行计算。
4.如权利要求1所述的能量测定方法，其特征在于，在所述能量计算步骤中，用根据所述脉冲间隔T所决定的系数D0(T)、D1(T)及D2(T)，时刻t0输入的信号脉冲P0的所述能量E0，根据所述信号脉冲P0的积分信号强度Q0和脉冲间隔T0、时刻t1(t1＜t0)连续输入的信号脉冲P1的能量E1和脉冲间隔T1、以及时刻t2(t2＜t1)连续输入的信号脉冲P2的积分信号强度Q2和脉冲间隔T2，利用下式E0＝Q0·D0(T0)-E1·D1(T1)-Q2·D2(T2)进行计算。
5.如权利要求2-4中任一项所述的能量测定方法，其特征在于，在所述能量计算步骤中，对于根据所述脉冲间隔T所决定的、所述能量计算中所用的各个所述系数，采用根据对多个所述脉冲间隔的值预先求出的所述系数的值所生成的查询表。
6.如权利要求1-5中任一项所述的能量测定方法，基特征在于，还具有将所述信号脉冲的脉冲波形根据预先设定的波形辨别条件辨别为多种脉冲波形的脉冲波形辨别步骤，在所述能量计算步骤中，利用与所述脉冲波形辨别步骤所辨别的所述脉冲波形的种类相对应的计算方法计算所述能量。
7.一种能量测定装置，对测定对象信号脉冲的脉冲波形通过将其信号强度进行积分来测定所述信号脉冲的能量，其特征在于，包括将所输入的信号脉冲经过分支后的一路信号脉冲输入，生成与所述信号脉冲对应的触发信号的触发信号生成手段；将来自所述触发信号生成手段的所述触发信号输入，并根据所述触发信号生成指令信号强度积分用的门信号的门信号生成手段；将来自所述触发信号生成手段的所述触发信号输入，并计量所述触发信号至下一触发信号的时间间隔作为所述信号脉冲的脉冲间隔的脉冲间隔计量手段；将所输入的所述信号脉冲经过分支后的另一路信号脉冲输入，并使其延迟规定的延迟时间的延迟手段；将所述延迟手段所延迟的所述信号脉冲和来自所述门信号生成手段的所述门信号输入，并以根据所述门信号的指令示设定的规定积分时间对所述信号脉冲的信号强度进行积分来取得积分信号强度的门积分手段；以及根据所述门积分手段所取得的所述积分信号强度和所述脉冲间隔计量手段所计量的所述脉冲间隔，计算与所述信号脉冲的全积分强度相对应的能量的能量计算手段，所述能量计算手段，对根据测定对象的所述信号脉冲的所述积分强度和所述脉冲间隔算出的校正前能量，根据该信号脉冲之前输入的信号脉冲的所述积分信号强度和所述能量两者中至少之一及所述脉冲间隔进行堆积校正，计算经过校正的所述能量。
8.如权利要求7所述的能量测定装置，其特征在于，所述能量计算手段包括进行包含所述堆积校正运算在内的计算所述能量用的运算的能量运算手段；存储测定对象的所述信号脉冲的所述积分信号强度和所述脉冲间隔的第1缓冲存储器；以及存储该信号脉冲之前输入的信号脉冲的所述积分信号强度和所述能量两者中至少之一及所述脉冲间隔的第2缓冲存储器。
9.如权利要求7或8所述的能量测定装置，其特征在于，所述能量计算手段用根据所述脉冲间隔T所决定的系数A(T)及B(T)，时刻t0所输入的信号脉冲P0的所述能量E0，根据所述信号脉冲P0的积分信号强度Q0和脉冲间隔T0、以及在时刻t1(t1＜t0)连续输入的信号脉冲P1的积分信号强度Q1和脉冲间隔T1，利用下式E0＝Q0·A(T0)-Q1·B(T1)进行计算。
10.如权利要求7或8所述的能量测定装置，其特征在于，所述能量计算手段，令测定对象的所述信号脉冲之前输入的信号脉冲当中用于所述堆积校正的信号脉冲个数为J个(J＝1或以上的整数)，同时用根据所述脉冲间隔T所决定的系数C0(T)及Cj(T)(j＝1、...、J)，时刻t0输入的信号脉冲P0的前述能量E0，根据所述信号脉冲P0的积分信号强度Q0和脉冲间隔T0、以及分别在时刻tj(tj＜tj-1)连续输入的J个信号脉冲Pj的能量Ej和脉冲间隔Tj，利用下式E0=Q0·C0(T0)-Σj=1···JEj·Cj(Tj)]]>进行计算。
11.如权利要求7或8所述的能量测定装置，其特征在于，所述能量计算手段用根据所述脉冲间隔所决定的系数D0(T)、D1(T)和D2(T)，时刻t0输入的信号脉冲P0的所述能量E0，根据所述信号脉冲P0的积分信号强度Q0和脉冲间隔T0、在时刻t1(t1＜t0)连续输入的信号脉冲P1的能量E1和脉冲间隔T1、以及在时刻t2(t2＜t1)连续输入的信号脉冲P2的积分信号强度Q2和脉冲间隔T2，利用下式E0＝Q0·D0(T0)-E1·D1(T1)-Q2·D2(T2)进行计算。
12.如权利要求9-11中的任一项所述的能量测定装置，其特征在于，所述能量计算手段对于根据所述脉冲间隔T来决定的、所述能量计算中所使用的所述系数的各系数，具有根据对多个所述脉冲间隔预先求出的所述系数的值所生成的查询表。
13.如权利要求7-12中任一项所述的能量测定装置，其特征在于，还具有将所述信号脉冲的脉冲波形根据预先设定的波形辨别条件辨别为多种脉冲波形的脉冲波形辨别手段，所述能量计算手段利用与所述脉冲波形辨别手段所辨别的所述脉冲波形种类相对应的计算方法计算所述能量。
14.如权利要求7-13中任一项所述的能量测定装置，其特征在于，所述门积分手段中，将对所述信号脉冲的信号强度积分的所述积分时间，就测定对象的各个所述信号脉冲，设定为预先设定的最大积分时间Tmax及所述脉冲间隔T减去所述门积分手段复位时间Tr的时间T-Tr当中较短的时间，即有效积分时间T’T′＝min(Tmax，T-Tr)。
全文摘要
对作为测定对象输入至能量测定装置1的信号脉冲P，根据门积分器32取得的积分信号强度Q及脉冲间隔计量器23计量的脉冲间隔，在能量计算单元10中计算与全积分强度对应的能量E。这时，根据该信号脉冲之前输入的信号脉冲的积分信号强度和能量两者中至少之一量及脉冲间隔进行堆积校正。通过这样，能够高精度求出消除堆积影响的正确的能量E。因而，即便信号脉冲之间的脉冲间隔较短时，也能够实现可正确且高精度测定各个信号脉冲能量的能量测定方法及测定装置。
文档编号G01T1/164GK1511266SQ02810739
公开日2004年7月7日 申请日期2002年4月11日 优先权日2001年5月28日
发明者田中荣一, 大村知秀, 秀 申请人:浜松光子学株式会社