JPH0392790A - シンチレーションパルス波高データの組合わせ方法および装置 - 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） 本発明は一般的にはシンチレーション計数の分野に関連
し、より詳細には、シンチレーションカウンターにより
必要とされるパルス波高データの十分な記憶のための方
法および装置に関する。

（従来の技術） シンチレーション計数技術は、試料の同定を可能にする
放射性核種を含む試籾の放射能を測定するために公知で
ある。例えば、液体シンチレーションにおいて、放射性
試料、アルファ、へ一タ、またはガンマの放射体が液体
シンチレーシミ，ン媒質中に溶解または懸濁されている
。前記液体シンヂレーシ三１ン媒質は、液体シンチレー
ション媒質の数重量パーセンｌ・で存在する−または複
数の溶媒と、一または複数の溶質とを含む。放用性試料
は前記液体シンチレーション媒質中で壊変し始める。航
記放射性試料の核壊変からの動的エネルギのほとんどが
前記溶媒によって吸収され、次いで、可視の閃光または
シンヂレーションとして光ｒ＝を発する前記溶質に移動
される、と理論立てられる。シンチレーシＥｌンから放
用された光子の１１ｔは対応する核壊変のエネルギに比
例し、また、Ｉ’ｌｌ　；ｉ己試料の特徴てある。

シンチレーシミ１ンカウンターかシンヂレーシミ｛ン混
合物内で生しるシンヂレーションの相対強度を測定する
。特に、而記シンチレーシジン混合物内で生しるシンチ
レーシＥｌンは、対応するシンチレーションによって発
土される光子の数に比例するパルス波高を有する出力パ
ルスを発生ずる適当な光電検出器によって検出される。

前記シンチレーションカウンターは、共にパルス波高の
予め定められた範囲に及ぶパルス波高の」二下限を存す
る複数のパルス波高チャンネルまたは窓におけるパルス
を計数する。前記窓に集められたカウンｌ・は、前記放
射性試料によって放射された核放射線のエネルキスベク
１・ルを表わすパルス波高スペクトルを′ｊえるへ〈、
対応するパルス波高に関してプロットされる。

現在のアナログ・デシタル集積回路のような低コストの
マルチチャンネル・アナライザーの発展の前には、シン
チレーションパルス波高データの分析は直線的または対
数的展開をもって窓またはチャンネルを計数する数個の
部品を使用することにより行なわれていた。ホロツクス
の「液体シンチレーション計数の利川Ｊ（１９７４．）
，チャブター■，アカデミックプレス、を参照されたい
。

対数的展開利用の利点は、パルス波高データの全範囲を
処理するためにたった−つの増幅器が必要とされること
にあった。さらに、１．７　ＭｅＶの最大エネルギを有
するＰ３２に比べてトリチウム１１３はたった１８　Ｋ
ｅＶの最大エネルギを有するため、パルス波高スペクト
ルの検討は、エネルギの全範囲の対数と対比してスペク
トルがブロツｌ・されるとき、しばしば容易にされる。

今はごく普通のアナログ・デジタル変換器の導入のため
、窓を計数する数個の部品に限定されないで、パルス波
高データのマルチチャンネル分析が可能である。

シンチレーション計数分野において、シンチレーシジン
混合物中に存在する物質が所定の核壊変のために光電検
出器に到達１−る光子の数を減少させることができるこ
とはよく知られていることである。例えば、液体シンヂ
レーシジン溶液中の光子の放出を阻止することがてき、
あるいは、放出された光子を吸収することができる。さ
らに、あるシンチレーシ三１ン−１１Ｓ象は、光電子増
倍管の最小検出レベルより低いレベルまて減少させるこ
とができる。このような効果は、一般に、「消光」とい
われ、各ケースにおいて、光電検出器によって検出可能
の光子数の減少に終わる。消光は前記光電検出益に向け
られた光子の数を減少させるため、結果は、消光された
試料について光？Ｅ検出器により検出された単位時間当
たりのカウン１・数が、他の同様な非消光試料と比へる
と減少しているということである。したかつて、７１１
光の結果は、消光されたシンチレーシ三１ン試料のパル
ス波高スペクトルをパルス波高軸線に沿って低パルス波
高値に移動させることであり、また、これは一般に「パ
ルス波高シフト」といわれる。

（発明が解決しようと１−る課題） 試料の消光の効果について補正するため、試料中の泪先
の程度を決定し、また、パルス波高スペクトルおよび窓
であってその中で試料のシンチレションが試料の消光の
程度に苅応する量によって測定される窓の相対位置を調
整することに関して、システムが開発された。このよう
な自動消光補疋方法は、基本的に、測定窓におけるパル
ス波高スペクトルの正確な相対位置を再び確立するよう
に働く。消光補正方法での使用のための試料消光程度の
測定は、多数の公知の方法によって行なうことができる
。ホロックスのシューブラ　チャブターＸ参照。「Ｈナ
ンバ一方法」と称される非常に好ましい消光決定方法が
、ホロックスに！ｊ〜えられた米国特許第４，０７５，
４８０号に開示されている。前記Ｈナンバ一方法では、
コンブトン分散パルス波高スペクトルを土じさせるため
、液体シンチレーション試料か標準ソースによって放射
線１　０ にさらされる。放射線にさらされ、泪光された試料と、
同様に放射線にさらされた標準訊料との間のコンブトン
スペクトルの前縁（コンブ１・ンエッジ）Ｌの唯−の点
（典型的には屈曲点）の相対シフ］・が泪尤の程度の大
きさをりλる。１）１１記悄光補＋Ｌ力法の夫行は、’
ｔｉ”Ｉｌ光された試料のスペクトルとの後の比較のた
めに、少なくとも−時的に、前記標１１′試料のパルス
波高スペクトルがコンピュータのメモリに保イｆ二さ４
］でいることを必変とする。さらに、多数のチャンネル
が前記コンブｌ・ンエッジＬの屈１１１１点の正確な同
定を可能とずべ〈十一分な分解能を得るために用いられ
なければならない。結果として、多数の測定結果を保イ
ｆ二するために多数のコンピュータメモリ場所が必要と
される。さらに、１１『記コンブトンエッシの幅か？ｆ
ｌＩ光レベルとともに激烈に変化するという事実は、時
間のかかるアルゴリズムがラ咀のデータを処理するため
にイ史用されなければならないということを意味する。

過去、対数ＪＭ開はＳｈエネルキてのデータ点の収果に
終わり、他方、直線展開は低エネルギでのデータ点の収
集に終わる。前記コンブトンエッジ斗の屈曲点の決定に
おいて得られた分解能はしばしば１１１１待に沿わない
。

（課題を解決するための手段、発明の作用および効果） 本発明は、メモリ空間を増大させることなしに改良され
た分解能を与える、シンチレーションパルス波高データ
をコンバクＩ・で効果的な方法で組み合わせるための方
法および装置に向のられている。パルス波高データは種
々の寸法の窓に保存され、各窓は、ともにパルス波高の
予め定められた範囲にわたる上下パルス波高限界をイ了
する多数のパルス波高に対応している。窓毎のチャンネ
ル数は、連続した窓間の差が一定である整数の算術級数
に従って決定される。−の窓に属するチャンネル内のパ
ルス波高データは合計されて特定の窓に関するカウント
数を表わす。結果としてのパルス波高スペクトルは平方
根［１盛りに関して表わされ、ここては、各窓の〕Ｖ均
エネルギレベルは対応１−る窓数の二乗にほほ′比例す
る。

１１ （実施例） 第１図を参照すると、本発明の一実旅例に従う装置が機
能的ブロック線図の形態て示されている。第１図のこの
装置は放射線遮蔽の計数室（図示せず）内にバイアル１
０を受け入れるように適合されている。ハイアル１０に
は放射性試料と通常の液体シンチレーシＥｌン媒質とを
含む液体シンチレーシコン溶液１１か収容されている（
本発明は液体のシンヂレーション媒質に関して説明され
るが、本発明に関して固体のシンヂレーシミ１ン媒買を
使用することができる。）。溶液のシンヂレーシコンを
検田し、これを出力電圧パルスに変換するために一対の
光電了増倍’ｌｊｌ’１２．１４が閉置されている。こ
のようなパルスは、それぞれ、対応する検出されたシン
チレーションによって生した光了の数に比例する大きさ
をイ１−する。前記光子は、同時にまたはほぼ同時に、
光電了増倍管１２，１４によって検出され、測定可能の
出力川電気パルスに′Ａｌ換される。木英置は、さらに
、総和器１６と、一致検出益１８と、−，致ゲー１　２ ト２０と、アナログ・デジタル変換器２２と、パルス波
高分析器２５と、マイクロプロセッサ・ベース・制御ユ
ニット２４と、メモリ２６と、ディスプレー２８と、キ
ーボード入力装置３０とを含む。

光電子増倍管１２，１４からの出力パルスは総和器１６
に伝達され、総和器１６の出力は一致ゲート２０に供給
され、前記出力は、次に、アナログ・デジタルパルス波
高変換器２２に供給される。光電子増倍管１２，１４か
らの出力パルスは、また、これらの光電子増倍管からの
人カバルスが木質的に一致する場合にのみ出力を与える
致検出器１８に伝達される。この明細書において使用さ
れる表現「本質的に一致」は一対のパルスに関連し、各
光電子増倍管からのパルスが分解時間内に生じる。一致
検出器１８からの一致信号と、総和器工６からの出力と
は一致ゲー１・２０に印加され、一致ゲート２０は、両
信号が同一の選択条件にあるときにのみアナログ・デジ
タル変換器２２に出力を発生ずるように機能する。

１　４ アナロク・デシタル変換器２２からの出力は、選択され
たエネルギレベルの範四の窓にパルスを振り分けるｎＧ
記パルス波高分析器に印加される。

制御：Ｌニッ［へ２４は、各窓に収まるパルスのカウン
１・を提供するようにパルス波ｆ：，分析器２５を制御
する。より１；ｒ細には、制御ユニット２４およびパル
ス波高分析器２５は、アナログ・デジタル変換畳２２か
らのデジタル出力｛＋ｌ’ｉを、ｒめ足められたパルス
波高範四に共に及ぶ複数のエネルギ範囲または窓を規定
する複数の予め定められた値と、比較する。変換器２２
からのデシタル出力によって表わされた値によれば、パ
ルス波高分析器２５は前５己デシタル値がとの窓に収ま
るかを、したがってパルス波高分１（−ｉ記憶装１４で
あるメモリ２６内の記憶場所に対応する増分の−つを決
定する。

メモリ２６は、パルス波高分析器２５によって確立され
た窓の数に対応する複数の記恨場所を含む。前記液体シ
ンチレーション計数処理が実行されるとき、メモリ２６
内の多数の記憶場所に記憶された値が共にパルス波高分
布］Ｉ｛１線（第４図参ｌ　５ 照）を表わ１−。メモリ２６は制御ユニッ１・２４内の
マイクロプロセッサに動かされまた制御され、このメモ
リ２６内の各記憶場所は、液体シンチレーション計数処
理の開始に先立ってクリアまたはリセットされる。従来
の陰極線管のようなディスプレー２８は、特定の窓に導
かれた計数率を周期的に表示し、または、パルス波高分
布スペクトルを線図て示す曲線を周期的に表示すること
ができる。選択的に、ある既定の計数時間の終わりに、
メモリ２６内に果められたカウントが制御ユニット２４
によって読み込まれ、ディスプレー２８にパルス波高ス
ペクトルとして表示される。

前記総和器が、光電子増倍管１２，１４から検出された
パルス波高に対応するデジタル出力を与える二つのアナ
ログ・デシタル変換器を含み得ることが理解されよう。

前記デジタル出力は一致ゲート２０に供給されるに先立
って合計される。このような装置において、前記アナロ
グ・デシタル変換路は要求されない。さらに、パルス波
高分析器２５がマイクロプロセッサ・へ一１　６ ス制御ユニット２４に組み入れられ得ることか理角７１
されよう。失際、テジタルパルス波高データの分析は、
しばしば、マイクロプロセッサによって制御されたソフ
トウエアによって行なわれる。

本発明によれば、エネルキ範囲または窓（Ｊ″法は互い
に異なり、また、特定の窓内の平均エネルギがその窓の
数の平方根に比例する平方根関係に従って前記パルス波
高分析器によって決定される。ｎｒｆ　ｌ紀窓の幅すな
わち各窓のためのチヤンネルの数が、連続する窓に関１
−るチャンネルの数の差が整定数てある算術級数に従う
とき、このような関係が渦足されることが見て取れよう
。

数学的分析が以下に示されている。

Ｎ　一窓の総数、 ｎ　　＝１．２，３，　　・・・，Ｎ、前記窓の連続数 ０１１＝第ｎ番目の窓におけるチャンネル数δＣ一連続
する窓間のチャンネル数の差（定数） Ｅｎ一第ｎ番目の窓のエネルギレベルの上限１　７ Ｅｎ一第ｎ番目の窓の平均エネルギレベルδＥ−チャン
ネル毎のエネルギ間隔（定数）とする。

第２図は平方根［１盛りで表わされたエネルギ（バルス
波高）レベルの窓の概略因を示す。

Ｃｎは、差δＣをイｆする算術級数に従う。第ｎ番目の
窓のチャンネルの数は、 Ｃｎ　＝ＣＩ＋　（ｎ　−　１　）δＣ　　　　　　（
１）によって与えられ、また、最初のｎ個の窓における
チャンネルの総数は、 によって与えられる。

次の結果が得られる。

Ｅｎ　　＝　　（Ｅｎ　　＋　Ｅｎｉ　　）／　２式（
４） に式（２） を代入し、 簡単にすると、 １ ８ がり；えらえる。

ｎが大きいとき、Ｅｎはほぼ次のように表わされ得る。

Ｅｎ　　＝Ａｎ’　　十　Ｂ　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　（６）ここに、ＡおよびＢは
定数である。

したがって、窓ｎにおＣづるｊｌ！均エネルギレベルは
窓番号の二乗に比例するということがてき、また、ほぼ
次のように表わすことができる。

Ｅｎ　ｃｘｎ’　　　　　　　　　　　　　　　．（７
）または、 ｎα　　　（Ｅｒ　　　　　　　　　　　　　　（　８
　）δＣ＝Ｃ，の場合、式（６）中の定数Ｂ＝０と、式
（７）および（８）中の前記した関係とが正確であるこ
とがわかる。

定数δＥおよびδＣは、パルス波高の予想全範囲値およ
び福望の分解能に従って選択される。窓の最大数は、δ
Ｃおよび利用可能のパルス波高分布メモリに依存する。

式（５）を参照すると、定数ＡおよびＢはδＥ、δＣお
よびＣ１に依存する。

第３図および第４図を参照すると、Ｈナンバー処理方式
（米国特許第４，０７５，４８０号参照）による消光決
定は本発明に従い種々の寸法の窓を使用してより迅速か
つ正確に計算することかできることが期待される。平方
根目盛りに沿ってのパルス波高の分布は、対数１１盛り
と比べて、高エネルキ端にお＆づる高分解能の結果に終
わる。より詳細には、ガンマ線のシンチレーション溶液
との相互作用が、第３図に示すように、非消光コンブ｝
・ン散乱電子パルス波高分布スベクｌ・ル５０を有する
電子のコンブトン散乱を生しさせる。前記コンプトン散
乱電子は、消光により、結果として生しる消光コンブト
ン散乱電子パルス波高分Ｉ５スペクトル５２がより低い
パルス波高レベルに移動されるように影響を受ける。Ｈ
ナンハーは、前記消光溶液中の消光の程度を示づ一前記
曲線の屈［ＩＩ１点５４．５６間のパルス波高値の差△
Ｈとして決定される。前記スペクトルの高エネルギ端に
おける貧弱な分解能のために、過去、前記パルス波高ス
ペクトルの対数表示から屈曲点５４．５６を決定１−る
ことか難しかった。同様に、（図示しないが）前記パル
ス波高スペクトルが直線目盛りで表わされる場合、前記
パルス波高スペクトルの低エネルギ端において十分な分
解能かなかった。結果として、時間浪費のアルゴリズム
か、決定された前記屈曲点に対する努力において、前記
パルス波，′：４，’データを処理するために発達した
。このようなアルゴリズムの正確さは、しばしば、期待
にそわなかった。

第４図を参照すると、前記パルス波高スペクトルの平方
根表現は高エネルギ端における分解能を増大させる。対
数表現と異なり、前記高エネルギ端においてデータ点を
集めることを避けることができる，，スベク］・ル６０
，６２のＳ形状は結果としてより良く規定されている。

したかつて、屈曲点６４．６６は、Ｈナンハーを決定１
−るためにより正確に配置され得る。前記平方根表現は
、さらに、直線表現と比べて、低エネル端におけるより
良い分解能を与える。したがって、平方根表現を用いる
ことにより、前記全範囲パルス波高スベクトルの両端に
おいて、より良い分解能を達威することができる。前記
平方根表現は前記対数おＪ；び直線目盛り間の中間目盛
りとして見ることができる。統計上の理由から本発明の
ブラクティスに本質的ではない非常に長い分析を行なう
ことなしに、発明者は、前記平方根表現が、シンヂレー
ションによって発生する全光子の一部のみによって誘引
されるパルス波高の被検出発現の確率分布を含む係数効
率に関する統計上の誤差理論に従うことを発見した。前
記確率分布の標準偏差は、光子の数または予想エネルギ
の平方根に比例する。

したがって、本発明に従って平方根表現を利用すること
により、前記パルス波高分布は、平方根を含む標準偏差
に関する「直線」目盛り上に表わされる。

従来、前記パルス波高スペクトルの端における分解能を
高めるため、パルス波高窓の数が増大されねばならず、
それは、したがって、記憶場所の数およびデータ処理時
間を増大させる。本発明によるパルス波高スペクトルの
平方根表現を使用す２　２ ることにより、１１１記パルス波高スベク１・ルの分解
能は利用可能の記憶装置のより能率的な使用の結果とし
て増大される。実時間処理は、アクセスされるべき記憶
場所の実際の数か増大されないため、増大された分解能
をもってさえもより都合よく行なわれ得る。

【図面の簡単な説明】

第ｉＢは本発明の−実施例に従う装置の概略的なブロッ
ク線図、第２図は本発明の−夷施例に従うパルス波高窓
を概略的に現す線図、第３図は対数１１盛りトに表わさ
れた典型的なコンブ１・ン・パルス波高スベク］・ルを
示すグラフ、第４図は本発明に従う平方根目盛り上に表
わされた典型的なパルス波高スペクトルを示すグラフで
ある。 ２５　バルス波高分析器、 ２６　パルス波高分布メモリ、 ５４，５６，６４、６６８屈曲点。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. （１）パルス波高分布スペクトルを得るためのエネルギ
   レベルを表わすシンチレーションパルス波高データを組
   み合わせる方法であって、複数のデータ窓であってそれ
   ぞれの寸法が、エネルギレベルの範囲に対応するパルス
   波高の範囲に対応し、また、連続するデータ窓の寸法が
   算術級数に従う複数のデータ窓を選択すること、および
   、各データ窓内のパルス波高の出現数のカウントを得る
   ために前記複数のデータ窓にパルス波高データをプール
   することを含む、シンチレーションパルス波高データの
   組合わせ方法。
2. （２）各窓は、エネルギレベルの間隔に対応するパルス
   波高の間隔に対応する等寸法のチャンネルから成り、ま
   た、各窓の寸法は、連続する窓のチャンネル数が算術級
   数に従うように選択される、請求項（１）に記載の方法
   。
3. （３）各窓の平均エネルギレベルは、各窓の各数の二乗
   にほぼ比例する、請求項（２）に記載の方法。
4. （４）前記平均エネルギレベルは、近似式 ＠Ｅ＠＿ｎ＝Ａｎ＾２＋Ｂに従って前記窓数に関連し、
   ここで、ｎ＝１，２，３，・・・，Ｎ、すなわち前記窓
   の連続する数であり、＠Ｅ＠＿ｎ＝第ｎ番目の平均エネ
   ルギレベルであり、Ａ＝チャンネル毎のエネルギ間隔に
   依存する定数でありかつ連続する窓間のチャンネル数の
   差であり、また、Ｂ＝チャンネル毎のエネルギ間隔に依
   存する定数であり、連続する窓間のチャンネル数の差で
   ありかつ第１の窓のチャンネル数である、請求項（３）
   に記載の方法。
5. （５）前記平均エネルギレベルは、近似式 ＠Ｅ＠＿ｎ∝ｎ＾２に従って前記窓数に関連し、ここで
   、ｎ＝１，２，３，・・・，Ｎ、すなわち前記窓の連続
   する数であり、＠Ｅ＠＿ｎ＝第ｎ番目の平均エネルギレ
   ベルである、請求項（３）に記載の方法。
6. （６）パルス波高分布スペクトルを得るためのエネルギ
   レベルを表わすシンチレーションパルス波高データを組
   み合わせる方法であって、複数のデータ窓であってそれ
   ぞれの寸法が、エネルギレベルの範囲に対応するパルス
   波高の範囲に対応しまた各窓の平均エネルギレベルが各
   窓の各数の二乗にほぼ比例する複数のデータ窓を選択す
   ること、および、各データ窓内のパルス波高の出現数の
   カウントを得るために前記複数のデータ窓にパルス波高
   データをプールすることを含む、シンチレーションパル
   ス波高データの組合わせ方法。
7. （７）パルス波高分布スペクトルを得るためのエネルギ
   レベルを表わすシンチレーションパルス波高データを組
   み合わせるための装置であって、複数のデータ窓であっ
   てそれぞれの寸法が、エネルギレベルの範囲に対応する
   パルス波高の範囲に対応し、また、連続するデータ窓の
   寸法が算術級数に従う複数のデータ窓を選択するための
   手段と、各データ窓内のパルス波高の出現数のカウント
   を得るために前記複数のデータ窓にパルス波高データを
   プールするための手段とを含む、シンチレーションパル
   ス波高データの組合わせ装置。
8. （８）各窓は、エネルギレベルの間隔に対応するパルス
   波高の間隔に対応する等寸法のチャンネルから成り、ま
   た、各窓の寸法は、連続する窓のチャンネル数が算術級
   数に従うように選択される、請求項（７）に記載の装置
   。
9. （９）各窓の平均エネルギレベルは、各窓の各数の二乗
   にほぼ比例する、請求項（８）に記載の装置。
10. （１０）前記平均エネルギレベルは、近似 式＠Ｅ＠＿ｎ＝Ａ＿ｎ＾２＋Ｂに従って前記窓数に関連
    し、ここで、ｎ＝１，２，３，・・・，Ｎ、すなわち前
    記窓の連続する数であり、＠Ｅ＠＿ｎ＝第ｎ番目の平均
    エネルギレベルであり、Ａ＝チャンネル毎のエネルギ間
    隔に依存する定数でありかつ連続する窓間のチャンネル
    数の差であり、また、Ｂ＝チャンネル毎のエネルギ間隔
    に依存する定数であり、連続する窓間のチャンネル数の
    差でありかつ第１の窓のチャンネル数である、請求項（
    ９）に記載の装置。
11. （１１）前記平均エネルギレベルは、近似式＠Ｅ＠＿ｎ
    ∝ｎ＾２に従って前記窓数に関連し、ここで、ｎ＝１，
    ２，３，・・・，Ｎ、すなわち前記窓の連続する数であ
    り、＠Ｅ＠＿ｎ＝第ｎ番目の平均エネルギレベルである
    、請求項（９）に記載の装置。
12. （１２）パルス波高分布スペクトルを得るためのエネル
    ギレベルを表わすシンチレーションパルス波高データを
    組み合わせるための装置であって、複数のデータ窓であ
    ってそれぞれの寸法が、エネルギレベルの範囲に対応す
    るパルス波高の範囲に対応しまた各窓の平均エネルギレ
    ベルが各窓の各数の二乗にほぼ比例する複数のデータ窓
    を選択するための手段と、各データ窓内のパルス波高の
    出現数のカウントを得るために前記複数のデータ窓にパ
    ルス波高データをプールするための手段とを含む、シン
    チレーションパルス波高データの組合わせ装置。