低被爆Ｘ線検査方法及び装置
【課題】フォトンカウンティング動作による超高感度半導体放射線イメージャーと低出力高エネルギーＸ線源を用いた低被爆のＸ線検査装置を提供する。
【解決手段】CdTeを用いる超高感度の半導体放射線検出器を面状に配置し、２次元画像を得るように構成する。各半導体放射線検出器からのＸ線検出信号は信号処理回路で処理されるが、この際、信号強度により弁別動作を行う回路を設ける。さらには、この弁別動作はフォトン１個が入射する時間内に終了するように高速で処理される。これにより入射したＸ線のエネルギーレベルが判明し、エネルギーレベルごとの入射量が計数可能となる。それぞれのエネルギー帯で求められた強度画像信号からＲＧＢ画像信号を作成し、表示する。
【解決手段】CdTeを用いる超高感度の半導体放射線検出器を面状に配置し、２次元画像を得るように構成する。各半導体放射線検出器からのＸ線検出信号は信号処理回路で処理されるが、この際、信号強度により弁別動作を行う回路を設ける。さらには、この弁別動作はフォトン１個が入射する時間内に終了するように高速で処理される。これにより入射したＸ線のエネルギーレベルが判明し、エネルギーレベルごとの入射量が計数可能となる。それぞれのエネルギー帯で求められた強度画像信号からＲＧＢ画像信号を作成し、表示する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、金属探知器に代わるＸ線検査方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、セキュリティのため一部の公共施設には金属探知器を設け、入場者の刃物など危険物持込をチェックしている。しかしながら、金属探知器によるチェックは金属に限られるため、その有効性に疑問があり、近年ではＸ線を用いた検査装置が導入されつつある。しかしＸ線による検査装置では、人体に対する被爆が問題とされ、その導入は公共施設の中でもごく少数である。
これまで、Ｘ線装置として低被爆のものはあったが、輝尽性蛍光体シートを用いるもの(特許文献１参照)であり、即時性に欠けるものである。また異なるＸ線エネルギーを用いて撮像するものもあるが、Ｘ線の発生源においてフィルターを用いるもの(特許文献２参照)であった。
【特許文献１】特開平１０−２６８４５０号公報
【特許文献２】特開２００３−２７９５０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
人体に与える影響を最小限にとどめるため、Ｘ線被爆量を低レベルとすることが要求されている。
このために、超高感度の半導体放射線検出器を開発するとともに、Ｘ線撮像装置(イメージャー)として用いることを可能にし、人体への被爆を最小とする低被爆Ｘ線検査方法及び装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、フォトンカウンティング動作による超高感度半導体放射線イメージャーと低出力高エネルギーＸ線源を用いた低被爆のＸ線検査装置を提供する。特に人体に対しても適用可能な低被爆検査装置であり、従来の金属探知器利用場所へ適用が可能である。
超高感度の半導体放射線検出器としては代表的にはCdTeを用いるものを採用する。この半導体放射線検出器を面状に配置し、２次元画像を得るように構成する。
各半導体放射線検出器からのＸ線検出信号は信号処理回路で処理されるが、この際、信号強度により弁別動作を行う回路を設ける。さらには、この弁別動作はフォトン１個が入射する時間内に終了するように高速で処理される。これにより入射したＸ線のエネルギーレベルが判明し、エネルギーレベルごとの入射量が計数可能となる。
【発明の効果】
【０００５】
１．フォトンカウンティング動作による超高感度半導体放射線検出器をイメージャーとした小型化可能な検査装置である。
２．吸収線量の少ない高エネルギー放射線を主に利用するため、直線性が高い。低エネルギー放射線はフィルターによりカットする。
３．高エネルギー放射線に適したCdTeを一例とする半導体放射線検出器を用いる。
４．低線量撮像で間題となるコントラストは、高い定量性を持つフォトンカウンティング動作イメージャーで撮像することにより従来に比べ同線量で格段に高いコントラストを得ると共に、正確な撮像データから自由度の高い画像演算処理を可能とし、必要に応じた高機能化を図ることができる。
５．本発明に採用するイメージャーは、放射線の弁別機能を持ち、放射線撮像、特に高エネルギー放射線を利用した場合に原理的に避けられない散乱線発生による影響を除去して高いコントラストと画質を得ると共に、被測定対象物質が定まる場合には複数のエネルギー帯画像の画像間演算で抽出的撮像を可能とし、さらに低被爆高コントラスト撮像を可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
基本となる考え方は、以下のとおりである。
１．フォトンカウンティング動作の超高感度放射線イメージャーと低出力高エネルギーＸ線源の間に被写体をおくシンプルな方法及び装置である。
２．イメージャーは二次元型であれば動画撮像が可能であり、ラインスキャナ型では物体の移動をすることにより静止画撮像が可能で、用途に応じていずれの形式を選択しても構わない。
３．ただし、低被爆の概念からは、測定場所以外への放射線照射量も考慮し、二次元型のイメージャーで測定範囲が一度に測定できればその分検査時間を短縮でき、より低被爆につながる。
４．人体を透過しやすい高いエネルギー帯域のみを低線量で利用することにより(低エネルギー帯はフィルターで除去)人体へ適用されているバックスキャッターシステムと同等あるいはそれ以下の吸収線量で透過像を得ることができる。
５．フォトンカウンティング動作が生み出す、高い定量性を持つ画像取得とエネルギー弁別機能による画像データでより低被爆につながるコントラスト調整等の自由度の高い演算を可能とする。
【実施例１】
【０００７】
フォトンカウンティング型イメージャは、テルル化カドミウム(CdTe)に代表される放射線検出素子に、Ｘ線やγ線フォトンが１個入射する際に発生する電荷を検出するものである。発生する電荷の数は、入射したフォトンの持つエネルギーに比例している。したがって、出力として得られる信号の波高値を弁別することにより、入射したフォトンのエネルギーが判定できる。弁別動作は次のフォトンが入射される前に完了する必要があり、連続的にフォトンが入射するような環境に対しては時間窓を狭くし、フォトン１個が入射する時間間隔でエネルギー弁別する。また、鉄や鉛などの薄板によって減衰させることにより、単位時間あたりの入射フォトン数を減少させ、フォトンカウント可能な数にする。その後、弁別されたエネルギー区分別にカウントを行う。
【０００８】
図１は、検査対象物に対し透過型でＸ線検査を行う装置を示している。
１はＸ線源、２は検査対象物、３はフォトンカウンティング・イメージャーである。Ｘ線源(１)からのＸ線は、検査対象物を通過し、フォトンカウンティング・イメージャー上に対象物の像を投影する。
フォトンカウンティング・イメージャー(３)で得られた２次元画像はエネルギー別に弁別されており、信号処理回路(４)により、エネルギー帯別に着色され表示手段(５)に表示される。多色表示できる表示手段でない場合には、階調表示や等高線表示などの表示を行う。または、画面を分割し、それぞれのエネルギー帯ごとの画像表示を行ってもよい。
検査対象物のＸ線透過率に異常があれば、色の変化や不規則な等高線などとして画面上に表示される。また、対象物自体に放射性物質が含まれていると、それからのＸ線がフォトンカウンティング・イメージャーで捕らえられ、画像化される。この場合には、本来のＸ線源(１)からのＸ線とはエネルギーが異なるため、エネルギー弁別することにより画像上で区別可能に表示することが可能である。
【０００９】
図２は、撮像画像の信号処理例を示している。
信号処理回路(４)は、フォトンカウンティング・イメージャー(３)からの画像信号を受け取り、エネルギー帯別に画像処理回路(６,６’,６”)に入力される。画像処理回路ではコントラスト調整、輝度調整、γ補正などの処理を行い、色駆動回路(７,７’,７”)に信号を供給する。色駆動回路においては、画像処理回路からの信号に対し、ＲＧＢ(赤，緑，青)座標系信号あるいはＸＹＺ座標系信号などの色信号に変換する。
また、必要に応じて画像処理回路において、各エネルギー帯信号の間で差分演算、積演算などの画像間演算を行う。状況によっては、各エネルギー帯の信号強度をパワーに換算して加算し、その合計値に基づいて擬似カラー表示(信号レベルに応じて色を変化させる表示方法)してもよい。これらの処理を所望により切替え可能にすると有用である。
図３に、フォトンカウンティング・イメージャーの概念図を示す。１１はCdTeであり、１２は増幅器、１３はエネルギー弁別を行う比較器であり、１４はカウンタである。比較器(１３)の他方の入力にはそれぞれ異なる電圧V1,V2,V3...が与えられ、エネルギー弁別可能となっている。また、コリメータ(１５)を必要に応じて設ける。これをひとつのユニットとし、複数ユニットを面に配置してイメージャー(撮像素子)を構成する。
または、複数ユニットを直線に配置して、ラインスキャナを構成する。このときラインスキャナあるいは対象物を移動させることにより、走査を行い面画像を得る。
【００１０】
図４は、エネルギー弁別を比較器(１３)で行ったあと、排他的論理和回路(１６)により各エネルギー帯別にカウントを行う例である。弁別用の電圧V1,V2,V3...は、V1>V2>V3....のように設定されており、入力信号が弁別用電圧を超えた際にカウント用のパルスが出力される。排他的論理和回路(１６)を設けることにより、V1を超えるエネルギーレベルに対応するパルス、V2を超えV1を超えないエネルギーレベルに対応するパルス、V3を超えV2を超えないエネルギーレベルに対応するパルス…が、個別にカウンタ(１４)に入力される。
図５は、エネルギー弁別を比較器(１３)で行い、その出力パルスをカウンタ(１４)で計数したあと、減算器(１７)により低エネルギー側の計数値から高エネルギー側の計数値を減算し、各エネルギー帯別の計数値を得る例である。この場合も弁別用の電圧V1,V2,V3...は、V1>V2>V3....のように設定されており、入力信号が弁別用電圧を超えた際にカウント用のパルスが出力される。低エネルギー側の計数値には高エネルギー分に相当する計数値が含まれており、これを除くために減算器(１７)が設けられている。減算処理自体は、後段の信号処理回路(４)において行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００１１】
低被爆型であるため、人体に対しても透過型の危険物所持検査が可能となり、これまでの金属検知器に代替可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】全体の構成を示す図
【図２】撮像画像の信号処理例を示す図
【図３】フォトンカウンティング・イメージャの概念を示す図
【図４】排他的論理和回路(１６)を設け、エネルギー帯別に計数する例を示す図
【図５】減算回路(１７)を設け、エネルギー帯別に計数値を出力する例を示す図
【符号の説明】
【００１３】
１ Ｘ線源
２ 検査対象物
３ フォトンカウンティング・イメージャー
４ 信号処理回路
５ 表示手段
６ 画像処理回路
７ 色駆動回路
１１ CdTe
１２ 増幅器
１３ 比較器
１４ カウンタ
１５ コリメータ
１６ 排他的論理和回路
１７ 減算回路
【技術分野】
【０００１】
この発明は、金属探知器に代わるＸ線検査方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、セキュリティのため一部の公共施設には金属探知器を設け、入場者の刃物など危険物持込をチェックしている。しかしながら、金属探知器によるチェックは金属に限られるため、その有効性に疑問があり、近年ではＸ線を用いた検査装置が導入されつつある。しかしＸ線による検査装置では、人体に対する被爆が問題とされ、その導入は公共施設の中でもごく少数である。
これまで、Ｘ線装置として低被爆のものはあったが、輝尽性蛍光体シートを用いるもの(特許文献１参照)であり、即時性に欠けるものである。また異なるＸ線エネルギーを用いて撮像するものもあるが、Ｘ線の発生源においてフィルターを用いるもの(特許文献２参照)であった。
【特許文献１】特開平１０−２６８４５０号公報
【特許文献２】特開２００３−２７９５０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
人体に与える影響を最小限にとどめるため、Ｘ線被爆量を低レベルとすることが要求されている。
このために、超高感度の半導体放射線検出器を開発するとともに、Ｘ線撮像装置(イメージャー)として用いることを可能にし、人体への被爆を最小とする低被爆Ｘ線検査方法及び装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、フォトンカウンティング動作による超高感度半導体放射線イメージャーと低出力高エネルギーＸ線源を用いた低被爆のＸ線検査装置を提供する。特に人体に対しても適用可能な低被爆検査装置であり、従来の金属探知器利用場所へ適用が可能である。
超高感度の半導体放射線検出器としては代表的にはCdTeを用いるものを採用する。この半導体放射線検出器を面状に配置し、２次元画像を得るように構成する。
各半導体放射線検出器からのＸ線検出信号は信号処理回路で処理されるが、この際、信号強度により弁別動作を行う回路を設ける。さらには、この弁別動作はフォトン１個が入射する時間内に終了するように高速で処理される。これにより入射したＸ線のエネルギーレベルが判明し、エネルギーレベルごとの入射量が計数可能となる。
【発明の効果】
【０００５】
１．フォトンカウンティング動作による超高感度半導体放射線検出器をイメージャーとした小型化可能な検査装置である。
２．吸収線量の少ない高エネルギー放射線を主に利用するため、直線性が高い。低エネルギー放射線はフィルターによりカットする。
３．高エネルギー放射線に適したCdTeを一例とする半導体放射線検出器を用いる。
４．低線量撮像で間題となるコントラストは、高い定量性を持つフォトンカウンティング動作イメージャーで撮像することにより従来に比べ同線量で格段に高いコントラストを得ると共に、正確な撮像データから自由度の高い画像演算処理を可能とし、必要に応じた高機能化を図ることができる。
５．本発明に採用するイメージャーは、放射線の弁別機能を持ち、放射線撮像、特に高エネルギー放射線を利用した場合に原理的に避けられない散乱線発生による影響を除去して高いコントラストと画質を得ると共に、被測定対象物質が定まる場合には複数のエネルギー帯画像の画像間演算で抽出的撮像を可能とし、さらに低被爆高コントラスト撮像を可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
基本となる考え方は、以下のとおりである。
１．フォトンカウンティング動作の超高感度放射線イメージャーと低出力高エネルギーＸ線源の間に被写体をおくシンプルな方法及び装置である。
２．イメージャーは二次元型であれば動画撮像が可能であり、ラインスキャナ型では物体の移動をすることにより静止画撮像が可能で、用途に応じていずれの形式を選択しても構わない。
３．ただし、低被爆の概念からは、測定場所以外への放射線照射量も考慮し、二次元型のイメージャーで測定範囲が一度に測定できればその分検査時間を短縮でき、より低被爆につながる。
４．人体を透過しやすい高いエネルギー帯域のみを低線量で利用することにより(低エネルギー帯はフィルターで除去)人体へ適用されているバックスキャッターシステムと同等あるいはそれ以下の吸収線量で透過像を得ることができる。
５．フォトンカウンティング動作が生み出す、高い定量性を持つ画像取得とエネルギー弁別機能による画像データでより低被爆につながるコントラスト調整等の自由度の高い演算を可能とする。
【実施例１】
【０００７】
フォトンカウンティング型イメージャは、テルル化カドミウム(CdTe)に代表される放射線検出素子に、Ｘ線やγ線フォトンが１個入射する際に発生する電荷を検出するものである。発生する電荷の数は、入射したフォトンの持つエネルギーに比例している。したがって、出力として得られる信号の波高値を弁別することにより、入射したフォトンのエネルギーが判定できる。弁別動作は次のフォトンが入射される前に完了する必要があり、連続的にフォトンが入射するような環境に対しては時間窓を狭くし、フォトン１個が入射する時間間隔でエネルギー弁別する。また、鉄や鉛などの薄板によって減衰させることにより、単位時間あたりの入射フォトン数を減少させ、フォトンカウント可能な数にする。その後、弁別されたエネルギー区分別にカウントを行う。
【０００８】
図１は、検査対象物に対し透過型でＸ線検査を行う装置を示している。
１はＸ線源、２は検査対象物、３はフォトンカウンティング・イメージャーである。Ｘ線源(１)からのＸ線は、検査対象物を通過し、フォトンカウンティング・イメージャー上に対象物の像を投影する。
フォトンカウンティング・イメージャー(３)で得られた２次元画像はエネルギー別に弁別されており、信号処理回路(４)により、エネルギー帯別に着色され表示手段(５)に表示される。多色表示できる表示手段でない場合には、階調表示や等高線表示などの表示を行う。または、画面を分割し、それぞれのエネルギー帯ごとの画像表示を行ってもよい。
検査対象物のＸ線透過率に異常があれば、色の変化や不規則な等高線などとして画面上に表示される。また、対象物自体に放射性物質が含まれていると、それからのＸ線がフォトンカウンティング・イメージャーで捕らえられ、画像化される。この場合には、本来のＸ線源(１)からのＸ線とはエネルギーが異なるため、エネルギー弁別することにより画像上で区別可能に表示することが可能である。
【０００９】
図２は、撮像画像の信号処理例を示している。
信号処理回路(４)は、フォトンカウンティング・イメージャー(３)からの画像信号を受け取り、エネルギー帯別に画像処理回路(６,６’,６”)に入力される。画像処理回路ではコントラスト調整、輝度調整、γ補正などの処理を行い、色駆動回路(７,７’,７”)に信号を供給する。色駆動回路においては、画像処理回路からの信号に対し、ＲＧＢ(赤，緑，青)座標系信号あるいはＸＹＺ座標系信号などの色信号に変換する。
また、必要に応じて画像処理回路において、各エネルギー帯信号の間で差分演算、積演算などの画像間演算を行う。状況によっては、各エネルギー帯の信号強度をパワーに換算して加算し、その合計値に基づいて擬似カラー表示(信号レベルに応じて色を変化させる表示方法)してもよい。これらの処理を所望により切替え可能にすると有用である。
図３に、フォトンカウンティング・イメージャーの概念図を示す。１１はCdTeであり、１２は増幅器、１３はエネルギー弁別を行う比較器であり、１４はカウンタである。比較器(１３)の他方の入力にはそれぞれ異なる電圧V1,V2,V3...が与えられ、エネルギー弁別可能となっている。また、コリメータ(１５)を必要に応じて設ける。これをひとつのユニットとし、複数ユニットを面に配置してイメージャー(撮像素子)を構成する。
または、複数ユニットを直線に配置して、ラインスキャナを構成する。このときラインスキャナあるいは対象物を移動させることにより、走査を行い面画像を得る。
【００１０】
図４は、エネルギー弁別を比較器(１３)で行ったあと、排他的論理和回路(１６)により各エネルギー帯別にカウントを行う例である。弁別用の電圧V1,V2,V3...は、V1>V2>V3....のように設定されており、入力信号が弁別用電圧を超えた際にカウント用のパルスが出力される。排他的論理和回路(１６)を設けることにより、V1を超えるエネルギーレベルに対応するパルス、V2を超えV1を超えないエネルギーレベルに対応するパルス、V3を超えV2を超えないエネルギーレベルに対応するパルス…が、個別にカウンタ(１４)に入力される。
図５は、エネルギー弁別を比較器(１３)で行い、その出力パルスをカウンタ(１４)で計数したあと、減算器(１７)により低エネルギー側の計数値から高エネルギー側の計数値を減算し、各エネルギー帯別の計数値を得る例である。この場合も弁別用の電圧V1,V2,V3...は、V1>V2>V3....のように設定されており、入力信号が弁別用電圧を超えた際にカウント用のパルスが出力される。低エネルギー側の計数値には高エネルギー分に相当する計数値が含まれており、これを除くために減算器(１７)が設けられている。減算処理自体は、後段の信号処理回路(４)において行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００１１】
低被爆型であるため、人体に対しても透過型の危険物所持検査が可能となり、これまでの金属検知器に代替可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】全体の構成を示す図
【図２】撮像画像の信号処理例を示す図
【図３】フォトンカウンティング・イメージャの概念を示す図
【図４】排他的論理和回路(１６)を設け、エネルギー帯別に計数する例を示す図
【図５】減算回路(１７)を設け、エネルギー帯別に計数値を出力する例を示す図
【符号の説明】
【００１３】
１ Ｘ線源
２ 検査対象物
３ フォトンカウンティング・イメージャー
４ 信号処理回路
５ 表示手段
６ 画像処理回路
７ 色駆動回路
１１ CdTe
１２ 増幅器
１３ 比較器
１４ カウンタ
１５ コリメータ
１６ 排他的論理和回路
１７ 減算回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低出力高エネルギーＸ線源と複数のＸ線検出器との間に検査対象物を間挿し、Ｘ線検出器から前記検査対象物のＸ線画像情報を取得し、取得した画像情報をＸ線エネルギー帯別に弁別し、弁別したＸ線エネルギー帯毎に強度を求め、求められた強度画像信号を表示器に表示してなる低被爆Ｘ線検査方法。
【請求項２】
さらにＸ線エネルギー帯別に求められた画像信号間において画像間演算を行う請求項１記載の低被爆Ｘ線検査方法。
【請求項３】
低出力高エネルギーＸ線源と、該低出力高エネルギーＸ線源から離隔して設けられる複数のＸ線検出器と、該Ｘ線検出器からから取得した対象物のＸ線画像情報をＸ線エネルギー帯別に弁別する手段と、弁別したエネルギー帯毎に強度を求める手段と、求められた強度画像信号を表示する表示器とからなる低被爆Ｘ線検査装置。
【請求項４】
さらにＸ線エネルギー帯別に求められた画像信号間において画像間演算を行う手段を設けてなる請求項３記載の低被爆Ｘ線検査装置。
【請求項１】
低出力高エネルギーＸ線源と複数のＸ線検出器との間に検査対象物を間挿し、Ｘ線検出器から前記検査対象物のＸ線画像情報を取得し、取得した画像情報をＸ線エネルギー帯別に弁別し、弁別したＸ線エネルギー帯毎に強度を求め、求められた強度画像信号を表示器に表示してなる低被爆Ｘ線検査方法。
【請求項２】
さらにＸ線エネルギー帯別に求められた画像信号間において画像間演算を行う請求項１記載の低被爆Ｘ線検査方法。
【請求項３】
低出力高エネルギーＸ線源と、該低出力高エネルギーＸ線源から離隔して設けられる複数のＸ線検出器と、該Ｘ線検出器からから取得した対象物のＸ線画像情報をＸ線エネルギー帯別に弁別する手段と、弁別したエネルギー帯毎に強度を求める手段と、求められた強度画像信号を表示する表示器とからなる低被爆Ｘ線検査装置。
【請求項４】
さらにＸ線エネルギー帯別に求められた画像信号間において画像間演算を行う手段を設けてなる請求項３記載の低被爆Ｘ線検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−２７１４６８（Ｐ２００７−２７１４６８Ａ）
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−９７７２６（Ｐ２００６−９７７２６）
【出願日】平成１８年３月３１日（２００６．３．３１）
【出願人】（３０４０２３３１８）国立大学法人静岡大学 (416)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月３１日（２００６．３．３１）
【出願人】（３０４０２３３１８）国立大学法人静岡大学 (416)
【Ｆターム（参考）】
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