特許 7539188 検出器の校正装置および校正方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-15

(45)【発行日】2024-08-23

(54)【発明の名称】検出器の校正装置および校正方法

(51)【国際特許分類】

   G01T 1/17 20060101AFI20240816BHJP

   G01T 1/24 20060101ALI20240816BHJP

【ＦＩ】

G01T1/17 E

G01T1/24

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2023505037

(86)(22)【出願日】2021-03-12

(86)【国際出願番号】 JP2021010034

(87)【国際公開番号】W WO2022190350

(87)【国際公開日】2022-09-15

【審査請求日】2023-12-13

(73)【特許権者】

【識別番号】500561263

【氏名又は名称】株式会社ジョブ

(74)【代理人】

【識別番号】110001368

【氏名又は名称】清流国際弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100129252

【弁理士】

【氏名又は名称】昼間 孝良

(74)【代理人】

【識別番号】100155033

【弁理士】

【氏名又は名称】境澤 正夫

(72)【発明者】

【氏名】山本 修一郎

(72)【発明者】

【氏名】岡田 雅宏

(72)【発明者】

【氏名】山▲さき▼ 雅志

(72)【発明者】

【氏名】橋本 大輔

(72)【発明者】

【氏名】林 裕晃

(72)【発明者】

【氏名】紀本 夏実

【審査官】中尾 太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０２０３３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】VESPUCCI S., et al.，Robust Energy Calibration Technique for Photon Counting Spectral Detectors，IEEE Transactions on Medical Imaging，米国，IEEE，2019年04月02日，Vol. 38, No. 4，pp. 968-978

【文献】ZAMBON P., et al.，A wide energy range calibration algorithm for X-ray photon counting pixel detectors using high-Z sen，Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A，NL，Elsevier，2019年02月12日，Vol. 925，pp. 164-171

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｔ １／１７

Ｇ０１Ｔ １／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入射したＸ線の光子のエネルギ値に応じた波高値を有する電気パルス信号を発生させるとともに波高値ごとの光子数を計数する複数の検出素子を有する検出器の校正装置において、
前記検出器にＸ線を照射するＸ線管の管電圧を制御するＸ線管制御部と、
それぞれの前記検出素子から波高値ごとの光子数を取得するとともに前記Ｘ線管の管電圧を取得する取得部と、
前記取得部で得られる値からＸ線の光子が検出される範囲であり且つ波高値が最大となる最大波高値を推定する演算部と、
前記取得部で取得される管電圧に前記最大波高値を対応させる校正値を前記検出素子ごとに算出する校正部とを備えていて、
前記Ｘ線管制御部が、予め定められた複数のエネルギ値の範囲の境界となるエネルギ値に対応する状態で管電圧を変更させる構成を有していて、
前記校正部が管電圧ごとに校正値を算出する構成を有することを特徴とする校正装置。

【請求項2】

前記取得部で取得される管電圧に対応する波高値より小さく且つ予め定められる範囲で、光子数と波高値との関係に基づく近似直線を決定して、前記近似直線の上で光子数がゼロとなるときの波高値の値を前記最大波高値とする構成を前記演算部が有する請求項１に記載の校正装置。

【請求項3】

前記取得部で取得される管電圧に対応する波高値より小さく且つ予め定められる範囲で、光子数の平方根と波高値との関係に基づく近似直線を決定して、前記近似直線の上で光子数がゼロとなるときの波高値の値を前記最大波高値とする構成を前記演算部が有する請求項１に記載の校正装置。

【請求項4】

入射したＸ線の光子のエネルギ値に応じた波高値を有する電気パルス信号を発生させるとともに波高値ごとの光子数を計数する複数の検出素子を有する検出器の校正方法において、
前記検出器にＸ線を照射するＸ線管に予め定められる管電圧を印加して、
それぞれの前記検出素子から波高値ごとの光子数を取得して、
Ｘ線の光子が検出される範囲であり且つ波高値が最大となる最大波高値を推定して、
前記管電圧に前記最大波高値を対応させる校正値を前記検出素子ごとに算出する構成を有していて、
予め定められた複数のエネルギ値の範囲の境界となるエネルギ値のうちの一つに対応する管電圧を前記Ｘ線管に印加して前記校正値を前記検出素子ごとに取得した後に、
予め定められた複数のエネルギ値の範囲の境界となるエネルギ値のうち上記と異なる一つに対応する管電圧を前記Ｘ線管に印加して前記校正値を前記検出素子ごとに取得することを特徴とする校正方法。

【請求項5】

前記管電圧に対応する波高値より小さく且つ予め定められる範囲で、光子数と波高値との関係に基づく近似直線を決定して、前記近似直線の上で光子数がゼロになるときの波高値の値を前記最大波高値とする請求項４に記載の校正方法。

【請求項6】

前記管電圧に対応する波高値より小さく且つ予め定められる範囲で、光子数の平方根と波高値との関係に基づく近似直線を決定して、前記近似直線の上で光子数がゼロになるときの波高値の値を前記最大波高値とする請求項４に記載の校正方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、Ｘ線の光子のエネルギ値に応じた波高値を有する電気パルス信号を発生させるとともに波高値ごとの光子数を計数する複数の検出素子または検出画素（以下、検出素子と総称する）を有する検出器の校正装置および校正方法に関するものであり、詳しくは検出素子で測定されるエネルギ値の校正を精度良くおこなえる校正装置および校正方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

Ｘ線装置が種々提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１には、複数の検出素子から構成されていて検出素子ごとにＸ線の光子の光子数およびエネルギ値を取得できる検出器の構成が開示されている。Ｘ線の光子が入射することで検出素子から電気パルス信号が発生して、この電気パルス信号の波高値を光子のエネルギ値として変換する構成を検出器は有していた。

【0003】

また特許文献１に記載のＸ線装置は、エネルギ弁別機能を有していた。複数のエネルギ値を境界として複数のエネルギ値の範囲（エネルギＢＩＮ）が予め設定されていて、検出素子ごとに入射した光子がいずれのエネルギＢＩＮに属するかを弁別する機能を検出器は有していた。各エネルギＢＩＮにおいて異なる補正データを利用して補正を行うことで、Ｘ線装置による測定精度を向上することが可能となっていた。

【0004】

検出素子で検出された光子のエネルギ値がいずれのエネルギＢＩＮに属するかを判定するために、各検出素子は特にエネルギＢＩＮの境界となるエネルギ値において、光子のエネルギ値を精度良く測定することが求められる。つまりある特定のエネルギ値を有する複数の光子が複数の検出素子にそれぞれ１つずつ入射した場合、いずれの検出素子からも同じエネルギ値が得られるべきである。このとき時間的に同時であるか離散的であるかに関わらず、同じエネルギ値が得られるべきである。エネルギＢＩＮが設定されてエネルギ弁別を行っている検出器では、各検出素子に属するエネルギＢＩＮの境界が、検出素子間で揃っていて、かつ望ましくは検出器の操作者の意図する所望のエネルギに一致することが重要である。

【0005】

しかしながら検出素子を製造する際の精度等の影響により、実際は検出素子ごとに得られるエネルギ値にばらつきがある。検出素子ごとに出力される波高値とエネルギ値との対応関係を校正して、正確なエネルギ値とすることで、Ｘ線装置による測定精度をさらに向上することが可能となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】日本国特許第６５９０３８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は検出素子で測定されるエネルギ値の校正を精度良くおこなえる校正装置および校正方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の目的を達成するための校正装置は、入射したＸ線の光子のエネルギ値に応じた波高値を有する電気パルス信号を発生させるとともに波高値ごとの光子数を計数する複数の検出素子を有する検出器の校正装置において、前記検出器にＸ線を照射するＸ線管の管電圧を制御するＸ線管制御部と、それぞれの前記検出素子から波高値ごとの光子数を取得するとともに前記Ｘ線管の管電圧を取得する取得部と、前記取得部で得られる値からＸ線の光子が検出される範囲であり且つ波高値が最大となる最大波高値を推定する演算部と、前記取得部で取得される管電圧に前記最大波高値を対応させる校正値を前記検出素子ごとに算出する校正部とを備えていて、前記Ｘ線管制御部が、予め定められた複数のエネルギ値の範囲の境界となるエネルギ値に対応する状態で管電圧を変更させる構成を有していて、前記校正部が管電圧ごとに校正値を算出する構成を有することを特徴とする。

【0009】

上記の目的を達成するための校正方法は、入射したＸ線の光子のエネルギ値に応じた波高値を有する電気パルス信号を発生させるとともに波高値ごとの光子数を計数する複数の検出素子を有する検出器の校正方法において、前記検出器にＸ線を照射するＸ線管に予め定められる管電圧を印加して、それぞれの前記検出素子から波高値ごとの光子数を取得して、Ｘ線の光子が検出される範囲であり且つ波高値が最大となる最大波高値を推定して、前記管電圧に前記最大波高値を対応させる校正値を前記検出素子ごとに算出する構成を有していて、予め定められた複数のエネルギ値の範囲の境界となるエネルギ値のうちの一つに対応する管電圧を前記Ｘ線管に印加して前記校正値を前記検出素子ごとに取得した後に、予め定められた複数のエネルギ値の範囲の境界となるエネルギ値のうち上記と異なる一つに対応する管電圧を前記Ｘ線管に印加して前記校正値を前記検出素子ごとに取得することを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、最大波高値を利用して検出素子の校正を行うことが可能となる。最大波高値は、Ｘ線の光子がＸ線管から得られるエネルギの最大値に対応するものであり、管電圧に対応するものである。検出素子で測定されるエネルギ値の校正を精度良く行うには有利である。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、Ｘ線装置に接続される校正装置の概略を例示する説明図である。

【図2】図２は、検出素子から出力される波高値の状態を例示する説明図である。

【図3】図３は、光子数と波高値との関係を例示するグラフである。

【図4】図４は、図３の破線の円で囲まれる部分を拡大して例示するグラフである。

【図5】図５は、光子数の平方根と波高値との関係を例示するグラフである。

【図6】図６は、管電圧を変更して複数回測定した場合の光子数の平方根と波高値との関係を例示するグラフである。

【図7】図７は、検出素子における波高値とエネルギ値との関係を例示する説明図である。

【図8】図８は、検出器の構成を例示する説明図である。

【図9】図９は、出力されるチャンネルナンバーと検出素子の数との関係を例示するグラフである。

【図10】図１０は、図１の校正装置の変形例を例示する説明図である。

【図11】図１１は、フィルタ機構を利用した場合の光子数の平方根と波高値との関係を例示するグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、検出器の校正装置および校正方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。

【0013】

図１に例示するように校正装置１は、Ｘ線装置２に接続されて利用される。Ｘ線装置２は食品検査や医療現場で使用される。Ｘ線装置２は、Ｘ線を照射するＸ線管３と、Ｘ線管３から照射されるＸ線を受光する検出器４と、Ｘ線管３および検出器４を制御する制御機構５とを有している。

【0014】

Ｘ線管３は、制御機構５の制御により所定の電圧値と電流値とを有する電気の供給を受けて、連続Ｘ線を照射する構成を有している。Ｘ線管３と検出器４との間に配置される測定対象物に向かって、Ｘ線管３はＸ線を照射する。

【0015】

検出器４は、Ｘ線管３から照射されて測定対象物を透過したＸ線を検出する構成を有している。検出器４は面状に並べて配置される複数の検出素子６を有している。検出素子６は、入射するＸ線の光子のエネルギ値に応じた波高値を有する電気パルス信号を発生させるとともに、光子数を計数する構成を有している。検出素子６は、例えばＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）系半導体などの直接変換型半導体と、この直接変換型半導体からの信号を増幅してデジタル化する光子計数型ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）などの半導体とで構成される。

【0016】

検出素子６の構成は上記に限定されない。検出素子６はＸ線の光子のエネルギ値と光子数を取得できる構成を有していればよい。

【0017】

制御機構５は、例えばコンピュータで構成される。制御機構５は、Ｘ線管３に供給される電気の電圧値や電流値を制御する構成を有している。制御機構５は、検出器４からデータを取得する構成を有している。このデータを利用して例えばＸ線装置２の外部に接続されるモニター等にＸ線画像が表示される。制御機構５はＸ線管３および検出器４とそれぞれ信号線で接続されている。図１では説明のため信号線が一点鎖線で示されている。またＸ線が照射される方向を矢印で示している。

【0018】

校正装置１は、Ｘ線装置２の制御機構５に信号線を介して接続されている。校正装置１がＸ線装置２の内部に組み込まれる構成にしてもよい。

【0019】

校正装置１は、Ｘ線管３の管電圧を制御するＸ線管制御部７を備えている。Ｘ線管制御部７は、制御機構５に働きかけてＸ線管３に供給される電気の電圧（管電圧）を制御することができる。Ｘ線管制御部７は管電圧に加えて、Ｘ線管３に供給される電気の電流（管電流）を制御する構成を有していてもよい。

【0020】

校正装置１は、検出器４を構成する複数の検出素子６から波高値ごとの光子数を取得する取得部８を備えている。この実施形態では制御機構５が検出器４から取得する波高値ごとの光子数を取得部８が取得する。取得部８はＸ線管制御部７から管電圧を取得する構成も有している。制御機構５から管電圧を取得する構成を取得部８が有していてもよい。

【0021】

校正装置１は、取得部８で得られる値からＸ線の光子が検出される範囲であり且つ波高値が最大となる最大波高値Ｈを推定する演算部９を備えている。最大波高値Ｈは検出素子６ごとに演算部９で推定される。

【0022】

校正装置１は、取得部８で得られる管電圧に演算部９で推定される最大波高値Ｈを対応させる校正値ｄを算出する校正部１０を備えている。校正値ｄは検出素子６ごとに校正部１０で算出される。校正部１０で得られる校正値ｄは、制御機構５に送られて記憶される。制御機構５は、検出器４で取得されるデータを校正値ｄにより校正することが可能となる。また検出器４に波高値や波高値検出のしきい値の微調整機構がある場合には、校正値ｄを基に微調整の制御を行い、エネルギ値の出力そのものを同じ値になるように調整できる。

【0023】

校正装置１に含まれるＸ線管制御部７等はそれぞれ信号線で接続されている。図１では説明のため信号線を一点鎖線で示している。校正装置１およびＸ線装置２に利用される信号線は、有線であっても無線であってもよい。

【0024】

次に検出器４の校正方法について説明する。まずＸ線装置２に校正装置１を信号線等で接続する。Ｘ線管制御部７がＸ線管３に供給する電気の電圧等を決定する。例えばＸ線管制御部７が制御機構５を介して、Ｘ線管３の管電圧が４０ｋＶであり管電流が０．５ｍＡとなる状態に電気を供給させる。例えばアルミニウムフィルタをＸ線管３と検出素子６との間に配置したり、Ｘ線管３と検出素子６との間隔を調整したりして、検出素子６当たり例えば３００ＣＰＳ（counts per second）の低線量のＸ線をＸ線管３から検出器４に照射する。図１の実施形態ではＸ線管３と検出器４との間には何も配置されていない状態である。例えば二時間など予め定められる測定時間の間、Ｘ線装置２による測定が継続される。

【0025】

図２に例示するように検出器４の検出素子６は、Ｘ線の光子が入射する度に光子のエネルギ値に応じた波高値を有する電気パルス信号を発生させる。Ｘ線の光子の有するエネルギ値が大きいほど、波高値の大きい電気パルス信号が検出素子６から制御機構５に送られる。なお前述の低線量のＸ線とは、光子計数時にパイルアップ現象が無視できる程度の線量である。ＣＰＳをいくつにすると低線量であるかについて一般的な定義はない。線量が３００ＣＰＳであればＸ線の光子が各検出素子６に入射する間隔は平均３．３ｍｓとなる。この場合、電気パルス信号のパルス間隔ｐは平均３．３ｍｓとなる。例えばパルス幅ｗが３００ｎｓである場合、average（ｐ／ｗ）＝１００００となり、パルス間隔ｐに対してパルス幅ｗが十分に短くなり、パイルアップ現象がほぼ無視できる。このようにパイルアップ現象をほぼ無視できる状態を本明細書では極低線量状態という。またaverage（ｐ／ｗ）＝１００以上の状態を本明細書では低線量状態という。

【0026】

校正装置１の取得部８は、制御機構５を介して波高値ごとの光子数を取得する。図３に例示するように光子数と波高値との関係を示すグラフを取得部８は取得できる。波高値ごとの光子数とは、実際上はある波高値ｈｘ以上の波高値を持つ光子数であり、定義上だけ存在する無限の高さの波高値（ｈ＝∞）と波高値ｈｘの範囲に入る波高値の光子数をＣ（∞：ｈｘ）と本明細書では表記する。また別の例としては、ある一定の範囲の波高値を示す光子数であり波高値ｈｘ１と波高値ｈｘ２の範囲に入る波高値の光子数は同様の表記法でＣ（ｈｘ１：ｈｘ２）と表記される。

【0027】

次に取得部８が取得するデータに基づき演算部９が最大波高値Ｈの推定を行う。図３に例示するように縦軸を光子数として横軸を波高値としたとき、光子数がゼロとなるときの波高値を本明細書では最大波高値Ｈと定義する。最大波高値Ｈは、Ｘ線の光子が検出される範囲であり且つ波高値が最大となるときの波高値の値をいう。

【0028】

この実施形態では検出素子６に含まれる光子計数型ＡＳＩＣは、光子数を波高値（光子エネルギ）について無限大までの高さを積分した積分値を取得する構成を有している。前述のＣ（ｈｘ１：ｈｘ２）のような差分値よりもＣ（∞：ｈｘ）のような積分値を取得する光子計数型ＡＳＩＣの方が、測定誤差が小さくなるので校正の精度を向上するには望ましい。差分演算またはＡＳＩＣ内部の差分演算回路の使用を前提とした場合、差分演算時に誤差伝搬法則により、誤差が増大するためである。検出素子６に含まれる光子計数型ＡＳＩＣが差分値を取得する構成を有していてもよい。なお光子計数型ＡＳＩＣが積分値を取得する構成の場合には、演算部９で演算によって差分値を取得する構成としてもよい。

【0029】

光子が検出される範囲とは、Ｘ線の光子が検出され得る波高値の範囲をいう。光子が検出される範囲は、例えば図３に例示するグラフの形状等から光子数が明らかにゼロとなる範囲を除外した範囲ともいえる。光子が検出される範囲は、光子数が１以上となる範囲に限定されない。実際に検出される光子数がゼロであっても、光子が検出される可能性があればこの範囲に含めてもよい。

【0030】

パイルアップ現象が無視できる極低線量状態の場合において、最大波高値ＨはＸ線管３の管電圧のエネルギ値を理論上超えない。管電圧から得られるエネルギ以上のエネルギを有するＸ線の光子がＸ線管３から発生し得ないためである。例えば管電圧が４０ｋＶの場合、Ｘ線の光子が有しうるエネルギの最大値は４０ｋｅＶとなる。なおパイルアップ現象が起きた場合には二つのパルスが合成されて、パルスの波高値が最大波高値Ｈを超えることがありうる。

【0031】

図３に例示するようにある検出素子６で検出される最大波高値Ｈは管電圧に対応する。そのため管電圧が４０ｋＶの場合、最大波高値Ｈは４０ｋｅＶのエネルギ値に対応する。Ｘ線装置２により対象物を測定する際に、この検出素子６が最大波高値Ｈと一致する電気パルス信号を検出したとき、この検出素子６が検出したＸ線の光子のエネルギ値は４０ｋｅＶであるといえる。

【0032】

校正部１０は、取得部８で取得される管電圧に演算部９から得られる最大波高値Ｈを対応させる校正値ｄを算出する。この校正値ｄはＸ線装置２の制御機構５に送られて記憶される。Ｘ線装置２は対象物の測定を行う際に、検出器４から得られるデータに対して校正値ｄを利用する校正を行い、その後Ｘ線画像などの測定結果を出力する際に活用することができる。

【0033】

校正装置１による校正で、少なくとも最大波高値Ｈに対応するエネルギ値に対しては、すべての検出素子６が正確なエネルギ値を出力できるようになる。管電圧という一つの指標に対して複数の検出素子６のエネルギ値をそれぞれ校正することができる。同一のエネルギ値を有するＸ線の光子が入射したとき、いずれの検出素子６においても同一のエネルギ値として検出される状態となる。それぞれの検出素子６から得られるエネルギ値を校正することができるので、検出器４によるエネルギ分析が可能となる。検出器４をエネルギ分析装置として利用することが可能となる。

【0034】

Ｘ線管制御部７により管電圧を変更することで、前述と同様の測定を異なる管電圧で行うことが可能となる。校正装置１は、管電圧をたとえば４０ｋＶから８０ｋＶに変更して、検出素子６ごとに最大波高値Ｈの推定を行い、校正値ｄを算出する。これによりすべての検出素子６は、４０ｋｅＶおよび８０ｋｅＶのエネルギ値を有するＸ線の光子に対して、この光子のエネルギ値を正確に出力することが可能となる。

【0035】

最大波高値Ｈを推定する具体的な例を以下に説明する。図３において破線の円で囲まれる範囲を拡大したものを図４に例示する。図４に例示するように最大波高値Ｈの近傍となる領域（抽出領域Ｓ）において、光子数と波高値との関係に基づく近似直線または近似曲線を決定して最大波高値Ｈを推定することができる。

【0036】

抽出領域Ｓは管電圧に対応する波高値より小さく且つ予め定められる範囲に設定される。例えば管電圧が４０ｋＶのとき、抽出領域Ｓは３５ｋｅＶ～３８ｋｅＶの範囲に設定することができる。実際には抽出領域Ｓはおよそ３５ｋｅＶのエネルギ値に対応する波高値と、およそ３８ｋｅＶのエネルギ値に対応する波高値との間に挟まれる領域であり、このエネルギ値と波高値との関係は校正装置１により校正される前の値である。

【0037】

図４に例示するように光子数ｙと波高値ｈとの関係を示すグラフにおいて、抽出領域Ｓの範囲のデータを直線近似する。このとき直線の式ｙ＝－ａｈ＋ｂ＝－ａ（ｈ－Ｈ）が得られる。このときｂ＝ａ×Ｈとなる。この直線の式において光子数がゼロ（ｙ＝０）となるにはｈ＝Ｈでなければならない。波高値の値ｈを最大波高値Ｈとして決定する。この最大波高値Ｈが管電圧に対応するエネルギ値と対応する。

【0038】

演算部９で推定される最大波高値Ｈが例えば３９．８ｋｅＶのエネルギ値に対応する大きさであった場合、これを管電圧に対応するエネルギ値４０．０ｋｅＶとするための校正値ｄが校正部１０で算出される。例えば校正値ｄ＝４０．０／３９．８とする。この検出素子６から得られる波高値ｈに対して、波高値ｄｈに対応するエネルギ値が真の値であるとしてエネルギ値の校正を行う。

【0039】

例えば校正値ｄ＝４０．０－３９．８＝０．０２としてもよい。この検出素子６から得られる波高値ｈに対して、波高値ｈ＋ｄに対応するエネルギ値が真の値であるとしてエネルギ値の校正を行う。校正値ｄは検出素子６ごとに算出されて、対応する校正値ｄにより検出素子６ごとに校正される。

【0040】

抽出領域Ｓを管電圧に対応する波高値より小さくなる範囲に設定することで、校正値ｄの精度を向上できる。最大波高値Ｈの近傍では検出素子６により検出される光子数が少なくなるため、測定誤差が大きくなる。誤差の大きくなりやすい範囲を抽出領域Ｓから除外することで校正の精度を向上できる。例えば光子数の下限値を決めて抽出領域Ｓを設定してもよい。最大波高値Ｈの近傍で光子数が１０以下のとなるデータは抽出領域Ｓから除外する構成としてもよい。校正装置１による校正の精度を向上するには有利である。

【0041】

光子数が少なくなると誤差が大きくなる理由は、Ｘ線管３から発生するＸ線光子の発生確率がポアソン統計に従うからである。ある一定時間に測定した光子数Ｃに対する誤差分布の標準偏差は√ｃである。光子数に対するこの標準偏差の比√ｃ／ｃ＝１／√ｃであるため、光子数Ｃが減少するほど誤差の比率が大きい。

【0042】

光子数Ｃの下限値を決めて抽出領域Ｓを設定する際に、一旦抽出領域Ｓを仮に決定した後、近似直線の近似度合いを計算して、さらに抽出領域Ｓを変更しながら同様の計算を行って、最も近似度が高かった抽出領域Ｓを採用する構成としてもよい。この方法であれば意図的または製造上のばらつきなど何らかの事情によって検出素子６のサイズが変わっても、エネルギ値を精度良く校正できる。

【0043】

検出素子６のサイズ（Ｘ線が照射される面の面積）が変わると、光子数Ｃはその面積比分だけ増減する。よって光子数Ｃの下限値を固定することが適切でない場合がある。ただし光子数Ｃに対するこの標準偏差の比√ｃ／ｃ＝１／√ｃが誤差に影響を与えることは間違いない。最大波高値Ｈの近傍で光子数Ｃが固定値以下となるデータは抽出領域Ｓから除外する条件付きで、最も近似度が高い抽出領域Ｓを探索して採用することもできる。

【0044】

Ｘ線管３から照射されるＸ線の線量が、パイルアップの発生しない範囲の極低線量状態となる範囲で校正装置１による校正を行うことが望ましい。校正装置１による校正はＸ線の線量が低線量状態となる範囲で行われてもよい。Ｘ線管３に供給される管電流をＸ線管制御部７により比較的小さい値に設定することで極低線量状態または低線量状態を実現できる。パイルアップにより二つ以上の電気パルス信号が重ね合わせられて波高値が見かけ上大きくなる不具合を、極低線量状態または低線量状態とすることで回避できる。パイルアップにより管電圧を超えるエネルギ値に対応する波高値が得られることを回避できる。具体的には線量が１０００ＣＰＳ以下となる状態に管電流を設定する。望ましくは線量が３００ＣＰＳ以下となる状態に管電流を設定する。パイルアップが発生する可能性をより低減させるには有利である。Ｘ線管制御部７によりＸ線管３の管電流を制御することで線量は容易に調整することができる。

【0045】

図５に例示するように光子数Ｃ（∞：ｈ）の平方根と波高値ｈとの関係を示すグラフを取得部８が取得する構成にしてもよい。光子数Ｃ（∞：ｈ）の平方根と波高値ｈとの関係を示すグラフは、理論上でも実際上でも図３に例示するグラフよりも直線に近い状態となる。そのため光子数の平方根と波高値との関係に基づく近似直線を決定する際の精度を向上することができる。最大波高値Ｈを推定する際の誤差をより抑制することができる。

【0046】

最大波高値Ｈを推定する方法は上記に限定されない。抽出領域Ｓにおいて直線ではなく曲線で近似する構成（例えば多項式近似）としてもよい。また例えば図５に例示する光子数Ｃの平方根と波高値ｈとの関係を示すグラフを生成して、画像処理により最大波高値Ｈを推定する構成にしてもよい。最大波高値Ｈを比較的高い精度で取得できれば上記以外の方法で最大波高値Ｈを推定してもよい。

【0047】

検出素子６がエネルギ弁別機能を有している場合の校正方法を以下に説明する。例えば五つのエネルギ値の範囲（エネルギＢＩＮ）が予め設定されていて、エネルギＢＩＮの境界となるエネルギ値が２０ｋｅＶ、４０ｋｅＶ、６０ｋｅＶ、８０ｋｅＶに設定されている場合を仮定する。

【0048】

図６に例示するように、まずＸ線管制御部７により管電圧が２０ｋＶに制御された状態で、例えば２時間など予め定められた時間で、検出器４がＸ線の光子を検出する。検出器４で得られるデータ等を利用して演算部９で最大波高値Ｈ１の推定が行われる。検出器４を構成する複数の検出素子６のそれぞれについて最大波高値Ｈ１が推定される。校正部１０ではそれぞれの検出素子６に対して校正値ｄがそれぞれ算出される。

【0049】

次にＸ線管制御部７により管電圧が４０ｋＶに変更されて、上記と同様の手順で最大波高値Ｈ２が推定される。同様に管電圧が６０ｋＶのときの最大波高値Ｈ３と、管電圧が８０ｋＶのときの最大波高値Ｈ４とが推定される。四つの最大波高値Ｈを得るのに例えば８時間の測定時間がかかる。

【0050】

これによりすべての検出素子６は、少なくとも２０ｋｅＶ、４０ｋｅＶ、６０ｋｅＶ、８０ｋｅＶのエネルギ値を有するＸ線の光子に対して、この光子のエネルギ値を正確に出力することが可能となる。そのため検出素子６で検出された光子のエネルギ値がいずれのエネルギＢＩＮに属するかを、Ｘ線装置２は高い精度で判別して、かつそのエネルギＢＩＮの境界となるエネルギ値に対応する波高値ｈを検出素子６ごとに正確に把握できる。

【0051】

図７に例示するように検出素子６に入射する光子のエネルギ値と、その際に検出素子６から出力される電気パルス信号の波高値とは通例理想的には比例関係となるように検出器４は設計される。。図７では説明のため検出素子６の理想的な特性を一点鎖線で示している。しかしながら現実的には実線で示すように比例関係とは異なる特性を有していることがあり、この特性が検出素子６ごとに異なることがある。また設計段階で比例関係とならない場合もあり、製造上の都合やその他の原因により設計から実際の特性がずれることもある。

【0052】

実線で示す特性を検出素子６ごとに取得して、検出される波高値から正確なエネルギ値を取得できるように校正することが理想である。この場合は管電圧を例えば１ｋＶずつ変更させて最大波高値Ｈの推定および校正値ｄの取得を繰り返すことで図７に実線で示す特性を取得することが可能となる。

【0053】

一方でエネルギＢＩＮの境界となるエネルギ値に限定して最大波高値Ｈ１～Ｈ４を推定して校正を行う場合、Ｈ１～Ｈ４のそれぞれの近傍のみ校正値ｄを取得すればよいので、校正に必要となる時間を大幅に短縮することができる。またエネルギＢＩＮの境界となるエネルギ値において検出素子６を精度良く校正することができる。検出素子６で検出された光子のエネルギ値がいずれのエネルギＢＩＮに属するかをＸ線装置２は精度良く弁別して、且つそのエネルギＢＩＮの境界となるエネルギ値に対応する波高値を検出素子６ごとに正確に把握することが可能となる。Ｘ線装置２による測定精度を向上できるので、精度の高い画像をＸ線装置２は出力することが可能となる。

【0054】

校正装置１は、任意のエネルギ値において検出素子６を精度良く校正できる。そのためエネルギＢＩＮの境界となるエネルギ値が上記とは異なる検出器４においても、精度良く校正できる。Ｘ線管３に印加される管電圧の変更という簡単な制御で、校正の対象とするエネルギ値の変更が可能となる。校正装置１は多種多様な検出器４を精度良く校正することができる。

【0055】

図８に例示する検出器４を例に更に具体的に校正方法を説明する。この実施形態の検出器４は、例えばＣｄＺｎＴｅ（Cadmium Zinc Telluride）系半導体で構成される検出素子６と、この検出素子６に接続される光子計数型ＡＳＩＣで構成される。光子計数型ＡＳＩＣは、検出素子６から電荷を受け取り増幅するチャージアンプ１１と、チャージアンプ１１から受ける信号の波形を成形する波形成形器１２と、波形成形器１２から受ける信号を弁別する弁別器１３と、弁別器１３から出力される信号を計数するカウンタ１４と、制御機構５から送られる信号を弁別器１３に送るＤＡコンバータ１５とを有している。図８では説明のため信号線を一点鎖線で示している。また信号の進む方向を矢印で示している。

【0056】

検出素子６にＸ線が入射するとこのＸ線のエネルギに比例した電荷が発生する。この電荷はチャージアンプ１１に送られる。チャージアンプ１１は電荷の数に比例した波高を有する波形を出力する。波形成形器１２はチャージアンプ１１から受け取った波形を滑らかに成形する。波形がノイズ等で細かく振動していると、後段の弁別器１３での弁別の精度が低くなる。

【0057】

波形成形器１２には四つの弁別器１３が接続されている。弁別器１３は予めリファレンス電圧が設定されていて、このリファレンス電圧よりも高い電圧を有する波形のみを抽出する構成を有している。リファレンス電圧は、例えばエネルギＢＩＮの境界となるエネルギ値に対応する電圧に設定される。実際にはエネルギ値に対応するチャンネルナンバーとしてリファレンス電圧は設定される。

【0058】

例えばチャンネルナンバーが０―１２７（７ｂｉｔ）の構成を有していて、弁別器１３で処理するエネルギ値の上限を８０ｋｅＶとした場合、１チャンネルあたり０．６２５ｋｅＶの範囲となる。例えばエネルギＢＩＮの境界となるエネルギ値として、四つの弁別器１３においてそれぞれ２０、４０、６０、８０ｋｅＶを設定する場合、弁別器１３に設定されるチャンネルナンバーは３２、６４、９６、１２７となる。理想的にはチャンネルナンバーはエネルギ値に比例する。また理想的にはチャンネルナンバーは波高値ｈと比例関係となる。

【0059】

例えば３０ｋｅＶのエネルギ値を有するＸ線の光子が検出素子６に入射すると、弁別器１３においてはチャンネルナンバーが４８の光子として認識される。チャンネルナンバーが３２に設定されている弁別器１３においては、チャンネルナンバー４８に対応するデジタル信号がカウンタ１４に送られる。チャンネルナンバーが６４に設定されている弁別器１３においては、リファレンス電圧を下回るためカウンタ１４には信号が送られない。

【0060】

カウンタ１４は弁別器１３から出力されるデジタル信号を計数する構成を有している。一つの弁別器１３に一つのカウンタ１４が接続されている。この実施形態では検出器４は四つのカウンタ１４を有している。チャンネルナンバーごとに光子数Ｃを計数して、その結果を制御機構５に送る構成をカウンタ１４は有している。

【0061】

チャージアンプ１１、波形成形器１２、四つの弁別器１３および四つのカウンタ１４は、検出素子６ごとにそれぞれ配置されている。つまり図８に例示する光子計数型ＡＳＩＣのうちＤＡコンバータ１５以外の機構は、複数の検出素子６にそれぞれ設けられている。

【0062】

ＤＡコンバータ１５は、制御機構５から送られる信号を変換してそれぞれの弁別器１３のリファレンス電圧を設定する構成を有している。光子計数型ＡＳＩＣに含まれる複数の弁別器１３に対して、一括してリファレンス電圧を設定する構成をＤＡコンバータ１５は有している。

【0063】

制御機構５が微調整機構１６を有していてもよい。微調整機構１６は弁別器１３に信号を送ることでリファレンス電圧を微調整する構成を有している。実際にはトリムナンバーとしてリファレンス電圧が微調整される。微調整機構１６によるリファレンス電圧の調整は、弁別器１３ごとに異なる値で行うことができる。複数の検出素子６についてそれぞれ異なるトリムナンバーにより微調整機構１６は調整することができる。

【0064】

校正装置１は、弁別器１３のリファレンス電圧を調整することでエネルギ値の校正を行う。検出器４により測定可能なエネルギ値の上限を例えば８０ｋｅＶとする場合、理想的にはチャンネルナンバー０がエネルギ値０ｋｅＶに対応して、チャンネルナンバー１２７がエネルギ値８０ｋｅＶに対応することになる。

【0065】

このとき管電圧を４０ｋＶとしてＸ線の測定を行うと、図５に示すグラフと同様の測定結果が得られる。理想的にはチャンネルナンバー６４の光子数Ｃが１以上となり、チャンネルナンバー６５以上においては光子数Ｃが０となる。つまり最大波高値Ｈに最も近い整数値としてはチャンネルナンバー６４であると推定することができる。チャンネルナンバー６４に対応するエネルギ値が４０ｋｅＶであると考えられる。

【0066】

次に校正装置１が、検出素子６ごとに最大波高値Ｈの推定を行う。実際の測定では最大波高値Ｈがチャンネルナンバー６２や６６として出力される検出素子６が出てくる。図９に最大波高値Ｈとして推定されるチャンネルナンバーとその検出素子６の数との関係を示す。４０ｋｅＶのエネルギ値を有するＸ線に対して、各検出素子６から出力されるチャンネルナンバーにはばらつきが生じる。図９に例示するように仮にグラフの中央値がチャンネルナンバー６６となる場合は、制御機構５を介してチャンネルナンバーを調整する。４０ｋｅＶのエネルギ値に対応するエネルギＢＩＮの境界としてチャンネルナンバー６６を設定する。

【0067】

つまり校正装置１は、制御機構５を介して弁別器１３のリファレンス電圧を調整する。弁別器１３において４０ｋｅＶのエネルギ値に対応するチャンネルナンバーを６４から６６に変更する。

【0068】

校正前の検出器４は、弁別器１３から出力されるチャンネルナンバーが６４のとき、対応するエネルギ値は４０ｋｅＶであると仮定されている状態であった。校正装置１の測定により、実際はチャンネルナンバーが６４のときエネルギ値は４０ｋｅＶを下回る状態であったことがわかる。チャンネルナンバー６６を得られた校正値ｄとして、校正装置１から制御機構５に送る。校正後の検出器４は、弁別器１３から出力されるチャンネルナンバーが６６のとき、対応するエネルギ値は４０ｋｅＶとなる。この検出器４は４０ｋｅＶのエネルギ値を精度良く測定することが可能となる。

【0069】

校正装置１が図９に例示するグラフに対応するデータを取得して、中央値を抽出する構成を有していてもよい。この場合、校正装置１が制御機構５に働きかけてチャンネルナンバーを設定し直す。具体的には校正装置１から送られる校正値ｄに基づき、制御機構５からＤＡコンバータ１５を介して弁別器１３のリファレンス電圧が変更される。

【0070】

４０ｋｅＶのエネルギ値を有するＸ線に対して多数の検出素子６がチャンネルナンバー６６として出力する状態となる。チャンネルナンバー６６が出力されるとき、測定されたＸ線の光子はおおよそ４０ｋｅＶのエネルギ値を有することになる。複数の検出素子６の全てに対してチャンネルナンバー６６に対応する一つのリファレンス電圧が設定される。

【0071】

制御機構５が微調整機構１６を有する場合には更に校正の精度を向上させることができる。図９に例示するように最大波高値Ｈとなるチャンネルナンバーが６６以外にも、検出素子６によってはチャンネルナンバー６４を出力するものもある。チャンネルナンバーが６４から６８の間でばらつきがある。つまり検出素子６によっては４０ｋｅＶのＸ線の光子に対して、３８．７５～４１．２５ｋｅＶとして出力する状態となっている。

【0072】

微調整機構１６はエネルギ値に対するトリムナンバーとしてリファレンス電圧を微調整する。例えばトリムナンバーが０－１５（４ｂｉｔ）の構成を有している場合を例に説明する。図９に例示するように中央値のチャンネルナンバー６６に対して±２の範囲のばらつきがある場合、チャンネルナンバー４つ分の範囲をトリム範囲としてまず設定する。トリムナンバー１あたりの範囲はチャンネルナンバーの０．２５の範囲に相当する。

【0073】

校正装置１により検出素子６ごとに推定される最大波高値Ｈはチャンネルナンバーとして算出する。チャンネルナンバーはデジタル値であり整数部のみの数値となるが、最大波高値Ｈとして推定されるチャンネルナンバーは小数部を含む数値となる。

【0074】

ある検出素子６において制御機構５からＤＡコンバータ１５に設定されたチャンネルナンバーが６６であり、且つトリムナンバーの初期設定値が７であり、最大波高値Ｈがチャンネルナンバー６６．５であると推定される場合、この検出素子６のトリムナンバーを＋２に設定する。このトリムナンバー＋２を得られた校正値ｄとして、校正装置１から制御機構５に送る。これにより弁別器１３におけるリファレンス電圧がチャンネルナンバーの０．５と同等分上がる。つまりこの検出素子６においてチャンネルナンバー６６．５は４０ｋｅＶのエネルギ値と一致することになる。この検出素子６はチャンネルナンバー６６．５を４０ｋｅＶのエネルギＢＩＮの境界として、光子数Ｃが計数されることになる。上記と同様に、すべての検出素子６に対してそれぞれトリムナンバーが決定される。

【0075】

校正装置１が、検出素子６ごとの最大波高値Ｈのばらつきに基づきトリム範囲を決定する構成を有していてもよい。また校正装置１が推定される最大波高値Ｈに基づきトリムナンバーを決定する構成を有していてもよい。具体的には校正装置１から送られる校正値ｄに基づき、制御機構５の微調整機構１６から弁別器１３のリファレンス電圧が微調整される。

【0076】

弁別器１３の判定に使用される実際の波高値Ｈに対応するチャンネルナンバーは、制御機構５からＤＡコンバータ１５に設定されたチャンネルんナンバー（整数）に極めて近い値である。仮にエネルギＢＩＮの境界が４０ｋｅＶに設定される場合、４０ｋｅＶ以下のエネルギ値を有する光子は境界より下のＢＩＮに含まれるとしてカウントされる。このとき判定に使用される実際の波高値Ｈに対応するチャンネルナンバーは６６に極めて近い値となる。一方で４０ｋｅＶより大きいエネルギ値を有する光子は境界より上のＢＩＮに含まれるとしてカウントされる。このとき判定に使用される実際の波高値Ｈに対応するチャンネルナンバーは６６に極めて近い値となる。４０ｋｅＶのエネルギ値を境界として、光子のエネルギ値は精度良く弁別される。

【0077】

校正後に校正装置１による再測定を行い、校正結果を評価する構成を校正装置１が備えていてもよい。微調整機構１６による校正を行うと、例えばチャンネルナンバー６６±０．２５の範囲にすべての検出素子６が収まる。このとき図９に破線で例示する結果が得られる。４０ｋｅＶのエネルギ値を有するＸ線の光子に対して、すべての検出素子６は４０ｋｅＶ±０．１６ｋｅＶの精度で検出することが可能となる。

【0078】

この実施形態では校正装置１により設定されるチャンネルナンバーおよびトリムナンバーが校正値ｄとして、校正部１０で算出される。この校正値ｄが校正装置１から制御機構５に送られることで、Ｘ線装置２におけるエネルギ値の校正を精度良く行うことができる。

【0079】

微調整機構１６のトリムナンバーとチャンネルナンバーとの対応関係が比例関係から崩れている場合には、校正後のエネルギ値が想定通りに収束しないことも考えられる。このような場合であってもチャンネルナンバーとトリムナンバーの設定および測定（校正）を繰り返すことで、校正の精度を向上させることができる。校正後のエネルギ値が収束不可能な検出素子６がある場合には、これを不良画素として取り扱う構成としてもよい。校正装置１は不良画素を特定するための位置情報等の不良画素情報を校正値ｄとして制御機構５に送る。Ｘ線装置２において、不良画素情報に基づき不良画素とされた検出素子６からの得られる信号を制御機構５が排除する構成としてもよい。制御機構５は不良画素とされた検出素子６から得られる信号を使用しない状態となる。検出器４を利用した画像分析装置において、データ解析の際に不良画素のデータを使用しないことで、エネルギ情報の誤差の比較的大きなデータの混入を防いで、分析精度を向上させることができる。

【0080】

校正装置１による校正方法は上記に限定されない。例えば光子計数型ＡＳＩＣなど検出器４の構成が異なる場合は、校正装置１で得られる校正値ｄや校正方法は変わる。校正装置１は、最大波高値Ｈを利用して、各検出素子６から出力される信号とこれに対応するエネルギ値との関係を精度良く校正できればよい。

【0081】

図１０に例示するように校正装置１がＸ線管３と検出器４との間に配置されるフィルタ機構１７を備える構成としてもよい。フィルタ機構１７は材料の異なる複数のフィルタが切替可能に配置される構成を有している。フィルタは例えば４．０ｍｍの厚みのアルミニウムで構成されるフィルタや、２．０ｍｍの厚みのアルミニウムと０．３ｍｍの厚みの銅とを組み合わせたフィルタなどで構成される。この実施形態では材料のそれぞれ異なる複数のフィルタがＸ線の照射方向に直交する方向に並べて固定されている。フィルタが並べられる方向に移動させることで、フィルタ機構１７はＸ線が透過するフィルタを切り替えることができる。図１０では説明のためフィルタの移動方向を矢印で示している。

【0082】

フィルタ機構１７は、自動でフィルタの切り替えを制御するフィルタ制御部１８に信号線を介して接続されていてもよい。図１０では説明のため信号線を一点鎖線で示している。フィルタ制御部１８は、Ｘ線管制御部７から管電圧を取得して、管電圧に応じて予め設定されているフィルタに自動的に切り替える構成を有している。Ｘ線管３の管電圧が変更されるとき、フィルタ機構１７のフィルタが切り替えられる。フィルタの切り替えは手動で行われてもよい。この場合、校正装置１はフィルタ制御部１８を備えない構成となる。

【0083】

フィルタ機構１７のフィルタは、通過するＸ線の線質を変化させることができる。フィルタは、最大波高値Ｈを推定する際に有用となる抽出領域Ｓの光子数を増加させて、抽出領域Ｓに含まれない部分の光子数を減少させる材料が選択される。そのため管電圧ごとに最適となるフィルタの材料が異なる。

【0084】

例えば管電圧が２０ｋＶのとき０．７ｍｍのアルミニウムフィルタが使用されて、４０ｋＶのとき２．０ｍｍのアルミニウムと０．３ｍｍの銅とを組み合わせたフィルタが使用されて、６０ｋＶのとき２．０ｍｍのアルミニウムと１．４ｍｍの銅とを組み合わせたフィルタが使用される。Ｘ線装置２の校正を行うとき、管電圧を変更する際にフィルタ機構１７のフィルタが管電圧に合わせて切り替えられる。

【0085】

図１１に例示するように抽出領域Ｓの光子数が増加するので、最大波高値Ｈを推定する際の精度を向上できる。また最大波高値Ｈの推定に必要となるエネルギの範囲の光子数が相対的に増加するので、校正に必要となる時間を短縮することが可能となる。

【0086】

Ｘ線管３から照射されるＸ線の線量を低くするほど検出素子６で検出される電気パルス信号の時間の間隔が大きくなるためパイルアップを抑制しやすくなる。一方でＸ線管３から照射されるＸ線の光子の数が少なくなるため、一定の光子数を得ようとした場合、校正に必要となる時間が増加してしまう。フィルタ機構１７を利用することで、Ｘ線管３からの線量を増加させても、検出器４に入射する全体の線量を増加させることなく最大波高値Ｈの推定に必要となる光子の数を増加させることができる。Ｘ線装置２の校正に必要となる時間を短縮するには有利である。

【0087】

校正装置１がフィルタ制御部１８を備える場合は、数時間かかるＸ線装置２の校正を自動で行うことができる。検出器４の製造工場等において出荷前の検出器４の校正を効率よく行うには有利である。

【0088】

校正装置１がＸ線装置２に組み込まれる場合は、食品工場等で食品の生産が停止される夜間などにＸ線装置２の校正を自動的に行うことが可能となる。

【符号の説明】

【0089】

１ 校正装置
２ Ｘ線装置
３ Ｘ線管
４ 検出器
５ 制御機構
６ 検出素子
７ Ｘ線管制御部
８ 取得部
９ 演算部
１０ 校正部
１１ チャージアンプ
１２ 波形成形器
１３ 弁別器
１４ カウンタ
１５ ＤＡコンバータ
１６ 微調整機構
１７ フィルタ機構
１８ フィルタ制御部
ｐ パルス間隔
ｗ パルス幅
Ｈ 最大波高値
ｈ 波高値
ｄ 校正値
Ｓ 抽出領域
Ｃ 光子数

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】