JPH0462033B2 - - Google Patents
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- JPH0462033B2 JPH0462033B2 JP58183282A JP18328283A JPH0462033B2 JP H0462033 B2 JPH0462033 B2 JP H0462033B2 JP 58183282 A JP58183282 A JP 58183282A JP 18328283 A JP18328283 A JP 18328283A JP H0462033 B2 JPH0462033 B2 JP H0462033B2
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- signal
- radiation
- coordinate system
- preamplifiers
- dimensional
- Prior art date
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/16—Measuring radiation intensity
- G01T1/24—Measuring radiation intensity with semiconductor detectors
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- Nuclear Medicine (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(イ) 産業上の利用分野
この発明は、半導体放射線位置検出装置の改良
に関するもので、この半導体放射線位置検出装置
は、たとえば核医学診断(RIイメージング)で
通常使用されているシンチレーシヨンカメラのよ
うに特定のエネルギの放射線の2次元的位置を検
出することによつて特定のRI核種の分布を得る
のに有用であり、あるいは他に理工学の分野等で
使用される。[Detailed Description of the Invention] (a) Field of Industrial Application This invention relates to improvement of a semiconductor radiation position detection device, which is commonly used, for example, in nuclear medicine diagnosis (RI imaging). It is useful for obtaining the distribution of specific RI nuclides by detecting the two-dimensional position of radiation of a specific energy, such as a scintillation camera, or is used in other fields such as science and engineering. Ru.
(ロ) 従来技術
従来の2次元的な半導体放射線位置検出装置
は、たとえば検出画素がn×nの場合その1つ1
つに画素にプリアンプを設けてはnが大きいと非
常に高価で複雑となるため、直交短冊型電極方式
(Checker−Board Type)のように表裏2面か
ら信号を取り出すことによりプリアンプ数を減少
させる。たとえば、「L.Kaufman等著、IEEE
Transaction on Nuclear Science,vol.NS−
25,No.1,1978」に示されるような方式では、
表側の各行の裏側の各列に対してそれぞれプリア
ンプを接続することにより、プリアンプ数を一般
に2n個としている。さらに特開昭53−4389号公
報に示されるような電荷分割型位置検出方式を採
用すれば、プリアンプ数をたとえば4個まで減少
させることができる。しかし、半導体放射線検出
器の表裏2面に直交するよう配置された短冊状の
陽極と陰極との両方から信号を取り出すよう構成
しているため、検出器の製作・組立が複雑である
という欠点がある。しかも放射線入射側の電極か
らも信号を取り出すため、不均一な放射線散乱が
生じ易く、またコリメータと密着し難い等の欠点
もある。さらに、一方の電極からは直流結合で信
号を取り出せるが他方の電極からは交流結合で信
号を取り出さざるを得ず、雑音が増加し、抵抗電
荷分割方式等の場合交流結合側に関する位置方向
の空間分解能が劣るという欠点を持つている。(b) Prior art In the conventional two-dimensional semiconductor radiation position detection device, for example, when the number of detection pixels is n×n, one of them is
Providing a preamplifier for each pixel would be very expensive and complicated if n is large, so the number of preamplifiers can be reduced by extracting signals from two sides, such as the orthogonal strip type electrode method (Checker-Board Type). . For example, “L. Kaufman et al., IEEE
Transaction on Nuclear Science, vol.NS−
25, No. 1, 1978'',
By connecting a preamplifier to each row on the front side and each column on the back side, the number of preamplifiers is generally 2n. Furthermore, by adopting a charge division type position detection method as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 53-4389, the number of preamplifiers can be reduced to, for example, four. However, since the semiconductor radiation detector is configured to extract signals from both the rectangular anode and cathode that are arranged perpendicular to the front and back surfaces, it has the disadvantage that the detector is complicated to manufacture and assemble. be. Moreover, since signals are also extracted from the electrode on the radiation incident side, non-uniform radiation scattering tends to occur, and there are also drawbacks such as difficulty in making close contact with the collimator. Furthermore, although a signal can be extracted from one electrode by DC coupling, a signal must be extracted from the other electrode by AC coupling, which increases noise, and in the case of resistive charge splitting, etc., the space in the positional direction relative to the AC coupling side It has the disadvantage of poor resolution.
また、従来では半導体放射線検出器としてGe
等が用いられているが、これは低温冷却が必要で
製作・組立が複雑となり、維持費も高価なものに
なつて、しかもコリメータとの密着も難しく、移
動や回転等を行なうことが困難であるなどの点が
ある。これに対してCdTeやHgI2等の常温用化合
物半導体放射線検出器を用いれば低温冷却は不要
となるが、他面、電荷(特に正孔)の収集特性が
悪いためGe等に比べてエネルギ分解能が低いと
いう欠点がある。 In addition, in the past, Ge was used as a semiconductor radiation detector.
etc., but this requires low-temperature cooling, complicates production and assembly, and is expensive to maintain.Furthermore, it is difficult to fit tightly with the collimator, making it difficult to move or rotate. There are some points. On the other hand, if a room-temperature compound semiconductor radiation detector such as CdTe or HgI 2 is used, low-temperature cooling is not required, but on the other hand, the energy resolution is lower than that of Ge etc. due to poor charge (especially hole) collection characteristics. It has the disadvantage of being low.
(ハ) 目的
この発明は、製作・組立が容易でプリアンプ数
が少なく安価・小型化可能で、しかも常温使用が
可能で、さらに不均一な放射線散乱を減少させコ
リメータとの密着もできその結果システムとして
の空間分解能を向上させることができ、かつ電荷
収集特性の不完全性に起因する固有の空間分解能
の劣化をも改善することのできる半導体放射線位
置検出装置を提供することを目的とする。(c) Purpose This invention is easy to manufacture and assemble, has a small number of preamplifiers, can be made inexpensive and compact, can be used at room temperature, and can further reduce non-uniform radiation scattering and can be in close contact with a collimator, resulting in improved system performance. It is an object of the present invention to provide a semiconductor radiation position detection device that can improve the spatial resolution as described above and also improve the inherent deterioration of the spatial resolution caused by imperfection of charge collection characteristics.
(ニ) 構成
この発明による半導体放射線位置検出装置で
は、常温用化合物半導体よりなる放射線検出素子
の放射線入射側の1面に等電位電極を設け、他の
面に2次元座標系の1方向に配列された少なくと
も2個の信号取り出し電極を設けて構成される検
出部を2次元座標系の他の方向に独立に配列して
いる。そして、この検出部の各々では、各信号取
り出し電極が直列接続されたインピーダンス群の
各接続点に接続されるとともに、その直列接続さ
れたインピーダンス群の両端が1対のプリアンプ
に直流結合され、これら1対のプリアンプの各出
力が対称加算された信号がエネルギ信号とされ、
1対のプリアンプの各出力が非対称に加算された
信号が上記エネルギ信号に比例する信号で除算規
格化されており、1つ1つの検出部内での位置つ
まり上記2次元座標系の1方向の位置を表わす信
号を得る。上記2次元座標系の他の方法の位置は
上記1次元位置検出系のいずれから信号が生じた
かによつて知る。さらに上記のエネルギ信号があ
らかじめ定められたエネルギ範囲に入つているか
否かの判別を行なう波高分析器を備える。(d) Configuration In the semiconductor radiation position detection device according to the present invention, equipotential electrodes are provided on one surface of the radiation incident side of the radiation detection element made of a compound semiconductor for room temperature use, and arranged in one direction of a two-dimensional coordinate system on the other surface. Detecting sections each having at least two signal extraction electrodes are arranged independently in other directions of the two-dimensional coordinate system. In each of the detection sections, each signal extraction electrode is connected to each connection point of a series-connected impedance group, and both ends of the series-connected impedance group are DC-coupled to a pair of preamplifiers. The signal obtained by symmetrically adding the outputs of a pair of preamplifiers is an energy signal,
The signal obtained by asymmetrically adding the outputs of a pair of preamplifiers is divided and normalized by a signal proportional to the above energy signal, and the position within each detection unit, that is, the position in one direction of the above two-dimensional coordinate system. Obtain a signal representing . In another method, the position of the two-dimensional coordinate system is determined by which of the one-dimensional position detection systems the signal originates from. Furthermore, a pulse height analyzer is provided for determining whether or not the above-mentioned energy signal falls within a predetermined energy range.
(ホ) 実施例
第1図A,Bおよび第2図は第1の実施例を示
し、これらの図では説明の簡単化のため検出素子
が4×4のマトリクス状に配置されているものと
している。検出素子3はたとえばCdTeやHgI2等
の高原子番号の常温用放射線検出化合物半導体の
単結晶よりなり、絶縁板1の上に等電位電極2を
介して4×4のマトリクス状に配列されており、
ガンマ線などの測定すべき放射線は図示していな
いコリメータを通してこの絶縁板1の方向から入
射される。この等電位電極2はこの実施例の場合
陰極で、負バイアスが印加されて近似的に等電位
にされている。各検出素子3は、この陰極2に対
向する側に信号取り出し電極(この実施例では陽
極)411〜444をそれぞれ有する。第1行に
配列されている陽極411〜414の各々は抵抗
群51の所定の位置に接続され、抵抗群51の両
端は1対のプリアンプ61a,61bに接続され
る。この実施例の場合この接続はともに直流結合
である。陽極411〜414に生じた電荷がこの
抵抗群51によつて分割されてプリアンプ61
a,61bの各々に入力されるため、プリアンプ
61a,61bの各出力V1a,V1bは、陽極
411〜414のそれぞれに対応するどの検出素
子3に放射線が入射したかというX方向の位置情
報を含む。第1図Aでは省略しているが、他の第
2行、第3行、第4行の陽極421〜424、4
31〜434、441〜444も、第1図Bに示
すように、それぞれの行に対応する抵抗群52〜
54の各々を通して対応する1対のプリアンプ6
2a,62b,…,64a,64bに接続され、
これらのプリアンプから出力V2a,V2b,
…,V4a,V4bを得るよう構成されている。(e) Example Figures 1A and B and Figure 2 show the first example, and in these figures, for the sake of simplicity, it is assumed that the detection elements are arranged in a 4 x 4 matrix. There is. The detection elements 3 are made of a single crystal of a high atomic number room temperature radiation detection compound semiconductor such as CdTe or HgI 2 , and are arranged in a 4×4 matrix on the insulating plate 1 via equipotential electrodes 2. Ori,
Radiation to be measured, such as gamma rays, is incident from the direction of this insulating plate 1 through a collimator (not shown). This equipotential electrode 2 is a cathode in this embodiment, and is made approximately equipotential by applying a negative bias. Each detection element 3 has signal extraction electrodes (anodes in this embodiment) 411 to 444 on the side facing the cathode 2, respectively. Each of the anodes 411 to 414 arranged in the first row is connected to a predetermined position of a resistor group 51, and both ends of the resistor group 51 are connected to a pair of preamplifiers 61a and 61b. In this embodiment, both connections are direct current connections. The charges generated in the anodes 411 to 414 are divided by the resistor group 51 and sent to the preamplifier 61.
a, 61b, each output V1a, V1b of the preamplifiers 61a, 61b includes position information in the X direction indicating which detection element 3 corresponding to each of the anodes 411 to 414 the radiation has entered. . Although omitted in FIG. 1A, other anodes 421 to 424, 4 in the second, third, and fourth rows
31 to 434 and 441 to 444 are also resistor groups 52 to 444 corresponding to the respective rows, as shown in FIG.
A pair of preamplifiers 6 corresponding through each of 54
2a, 62b, ..., 64a, 64b,
Outputs V2a, V2b,
..., V4a, V4b.
プリアンプ出力V1a,V1b,…,V4a,
V4bの各々は、対応する演算・整形増幅回路7
1〜74のそれぞれに入力される。第1行の演
算・整数増幅回路71について説明する。まず、
V1aとV1bとが非対称加算回路8により非対
称に加算(減算およびV1aとV1bのどちらか
一方のみを使用することも含む)され、この非対
称加算回路8の出力は波形整形増幅器10でたと
えばガウスフイルタ等による波形整形と増幅とを
受けた後、サンプルホールド回路13にタイミン
グ信号A1のタイミングで取り込まれ、保持され
る。その出力信号X1は、ゲート信号C1によつ
て開閉されるアナログスイツチ15を通つてサン
プルホールド回路18にタイミング信号Eによつ
て定まるタイミングで取り込まれ、保持される。
また、V1aとV1bとは対称加算回路9で対称
に加算され、この対称加算回路9の出力は、上記
と同様に、波形整形増幅器11でたとえばガウス
フイルタ等による波形整数と増幅とを受けた後、
サンプルホールド回路14にタイミング信号B1
のタイミングで取り込まれ、保持される。その出
力信号z1は、ゲート信号D1によつて開閉され
るアナログスイツチ16を通つてサンプルホール
ド回路19にタイミング信号Fによつて定まるタ
イミングで取り込まれ、保持される。さらに、波
形整形増幅器11からは微分パルス出力が生じる
ようになつており、この微分パルス出力がデイス
クリミネータおよびパルス発生回路12に入力さ
れ、微分パルス出力の波高があるレベル以上のと
きにパルス信号T1が発生する。 Preamp output V1a, V1b,..., V4a,
Each of V4b has a corresponding arithmetic/shaping amplifier circuit 7.
1 to 74, respectively. The arithmetic/integer amplification circuit 71 in the first row will be explained. first,
V1a and V1b are asymmetrically added (including subtraction and using only one of V1a and V1b) by an asymmetrical addition circuit 8, and the output of this asymmetrical addition circuit 8 is passed through a waveform shaping amplifier 10, such as a Gaussian filter, etc. After being subjected to waveform shaping and amplification, the signal is taken into the sample hold circuit 13 at the timing of the timing signal A1 and held. The output signal X1 is taken into the sample hold circuit 18 at a timing determined by the timing signal E through the analog switch 15 which is opened and closed by the gate signal C1, and is held there.
Further, V1a and V1b are symmetrically added in a symmetrical addition circuit 9, and the output of this symmetrical addition circuit 9 is subjected to a waveform integer and amplification by, for example, a Gaussian filter in a waveform shaping amplifier 11, as described above. ,
Timing signal B1 to sample hold circuit 14
It is captured and retained at the same timing. The output signal z1 is taken into the sample hold circuit 19 at a timing determined by the timing signal F through the analog switch 16 which is opened and closed by the gate signal D1, and is held there. Furthermore, a differential pulse output is generated from the waveform shaping amplifier 11, and this differential pulse output is inputted to a discriminator and pulse generation circuit 12, and when the wave height of the differential pulse output exceeds a certain level, a pulse signal is generated. T1 occurs.
他の行の演算・整形増幅回路72〜74につい
ても同様で、信号A1,B1,C1,D1に対応
する信号Ai,Bi,Ci,Di(iは行を示す添字で、
この場合2〜4)でそれぞれ制御されて、出力T
1,x1,z1に対応する各出力Ti,xi,ziがそ
れぞれ得られる。 The same goes for the operational/shaping amplifier circuits 72 to 74 in other rows, and the signals Ai, Bi, Ci, Di (i is a subscript indicating the row,
In this case, the output T
Outputs Ti, xi, and zi corresponding to 1, x1, and z1 are obtained, respectively.
タイミング制御回路17は、パルス信号T1〜
T4の各々に応じて、対応する信号A1〜A4、
B1〜B4、C1〜C4、D1〜D4および信号
E,Fと後述の信号H,H′のそれぞれを適切な
タイミングで出力するよう構成されており、ま
た、アナログスイツチのゲート信号C1〜C4、
D1〜D4のタイミングを調整して、異なる行に
同時に放射線入射事象が発生しても数え落しが少
なくなるように工夫されている。 The timing control circuit 17 receives pulse signals T1 to
According to each of T4, corresponding signals A1 to A4,
It is configured to output B1 to B4, C1 to C4, D1 to D4, signals E and F, and signals H and H', which will be described later, at appropriate timing, and gate signals C1 to C4 of analog switches,
The timing of D1 to D4 is adjusted so that even if radiation incident events occur simultaneously in different rows, there will be fewer omissions in counting.
信号x1〜x4のいずれか1つ、およびこれと
対応する行の信号z1〜z4の1つが、アナログ
スイツチによつて選択されてサンプルホールド回
路18,19にそれぞれ入力され、これらから出
力x,zが得られる。出力zは入射した放射線の
エネルギに対応する信号で、除算回路20に送ら
れるとともにサンプルホールド回路22に送ら
れ、タイミング信号Hによつて定まるタイミング
でこのサンプルホールド回路22に取り込まれ、
保持され、エネルギ信号Zが得られる。また、こ
の出力zは波高分析器23に送られ、この波高分
析器23において、出力zの波高が核種に応じて
あらかじめ定められた単数または複数のエネルギ
範囲に入つているか否かの判別がなされ、入つて
いる場合にアンブランク信号と判別信号Gとが発
生する。この判別信号Gはタイミング回路17に
入力され、他のタイミング信号との時間調節が行
なわれる。除算回路20は、出力xを出力zで割
り出した量に比例する信号を出力し、この出力が
タイミング信号Hによつてサンプルホールド回路
21に取り込まれ、保持されて、位置信号Xが得
られる。 One of the signals x1 to x4 and one of the signals z1 to z4 in the corresponding row are selected by the analog switch and input to sample and hold circuits 18 and 19, respectively, from which outputs x and z is obtained. The output z is a signal corresponding to the energy of the incident radiation, and is sent to the division circuit 20 and also to the sample and hold circuit 22, and is taken into this sample and hold circuit 22 at a timing determined by the timing signal H.
is held and an energy signal Z is obtained. Further, this output z is sent to a wave height analyzer 23, and in this wave height analyzer 23, it is determined whether the wave height of the output z falls within one or more energy ranges predetermined according to the nuclide. , an unblank signal and a discrimination signal G are generated. This discrimination signal G is input to the timing circuit 17, and time adjustment with other timing signals is performed. The division circuit 20 outputs a signal proportional to the amount obtained by dividing the output x by the output z, and this output is taken into the sample hold circuit 21 according to the timing signal H and held, thereby obtaining the position signal X.
前述のパルス信号T1〜T4はエンコーダ24
にも送られ、このエンコーダ24から各行に対応
するコード信号が得られ、このコード信号がレジ
スタおよび制御回路25を通つてラツチ回路7に
タイミング信号H′によつて取り込まれ、保持さ
れ、さらにD/A変換器28を通して位置信号Y
が得られる。このときラツチ回路27においてコ
ード信号の下位ビツトに乱数発生器(たとえばカ
ウンタ等で構成される)26の出力が付加され、
これにより画像が滑らかになるように企画されて
いる。なお、レジスタおよび制御回路25は、位
置信号Yが位置信号Xと常に同一事象に関して対
応するように制御されたレジスタ(たとえば
FIFOメモリ等により構成される)を含み、タイ
ミング制御回路17の各信号によつて制御され
る。 The aforementioned pulse signals T1 to T4 are sent to the encoder 24.
A code signal corresponding to each row is obtained from the encoder 24, and this code signal is taken into the latch circuit 7 by the timing signal H' through the register and control circuit 25, and is held therein. /A converter 28 to position signal Y
is obtained. At this time, the latch circuit 27 adds the output of the random number generator (for example, composed of a counter, etc.) 26 to the lower bits of the code signal, and
This is designed to make the image smoother. Note that the register and control circuit 25 is a register (for example, a register) controlled so that the position signal Y always corresponds to the position signal
(configured by a FIFO memory, etc.), and is controlled by each signal of the timing control circuit 17.
位置信号X,Yおよびアンブランク信号は、適
当なドライバ回路を通つて、図示しない表示装置
(たとえばCRT)に入力されたり、またはデジタ
ル化されてメモリマトリクスに蓄積されたりし
て、2次元のイメージが得られる。 The position signals X, Y and the unblank signal are input to a display device (for example, a CRT) (not shown) through a suitable driver circuit, or are digitized and stored in a memory matrix to produce a two-dimensional image. is obtained.
以上の構成において、X方向位置に対応する信
号xを各事象毎にそのエネルギに対応する信号z
で割り算を行なつて規格化しているのでつぎのよ
うな問題が解決されている。一般に電荷分割方式
位置検出器では、空間分解能がエネルギ分解能に
比例する傾向があり、また常温用化合物半導体放
射線検出器は、電荷収集の不完全性に起因してエ
ネルギ分解能が低温保持Geの検出器に比べて一
般に劣るという問題を持つ。 In the above configuration, the signal x corresponding to the position in the X direction is converted to the signal z corresponding to the energy for each event.
Since it is standardized by dividing by , the following problem is solved. Generally, in charge-splitting position detectors, the spatial resolution tends to be proportional to the energy resolution, and in room-temperature compound semiconductor radiation detectors, the energy resolution is lower than that of low-temperature Ge detectors due to imperfection in charge collection. The problem is that it is generally inferior to
一般に、判導体検出器のエネルギ分解能△E
は、
△E=√(△)2+(△)2+(△)2
で表わされる。ここで△Enは検出器−プリアン
プ系の回路雑音(漏れ電流等を含む)、△Ecは電
荷収集の不完全性に基づく項、△Efは半導体内
で発生する電荷数の統計誤差(Fano効果を含む)
に基づく項であり、通常は△Ef≪△En,△Ecで
ある。さらにGe検出器では△Ec≪△Enである
が、化合物半導体検出器の場合は有感層の厚さと
バイアスの条件により異なり、数十keV以上のγ
線を検出する用途では△Ec>〜△Enの場合が多く、
その結果Ge検出器に比べてエネルギ分解能が劣
る。 In general, the energy resolution △E of a conductor detector
is expressed as △E=√(△) 2 + (△) 2 + (△) 2 . Here, △En is the circuit noise of the detector-preamplifier system (including leakage current, etc.), △Ec is a term based on incomplete charge collection, and △Ef is a statistical error in the number of charges generated in the semiconductor (Fano effect). including)
It is a term based on , and usually △Ef≪△En, △Ec. Furthermore, in the case of a Ge detector, △Ec≪△En, but in the case of a compound semiconductor detector, it varies depending on the thickness of the sensitive layer and the bias conditions, and γ of several tens of keV or more
In applications that detect lines, △Ec>~△En is often the case.
As a result, the energy resolution is inferior to that of Ge detectors.
ここで、本発明者は上記のような規格化を行な
うことにより、△Ecに基づく空間分解能の劣化
を解消できることを発見したのである。 Here, the present inventor discovered that by performing the above-mentioned normalization, it is possible to eliminate the deterioration in spatial resolution based on ΔEc.
なお、△Enに基づく空間分解能の劣化は、規
格化を行つても改善されないことは自明である。
したがつて特開昭53−4389号公報の中で記載され
ている割算による規格化とは性質を異にする。す
なわち、前記公報においては、その第38頁右下欄
の記述にも示されるように多重スペクトルや多核
種の測定時にその規格化がとくに有効性を示し、
通常の単一エネルギ測定の場合には各事象ごとに
エネルギ信号で割算を行なう必要はなく、測定す
るエネルギ値に応じて一信号の増幅度を調節(減
衰)させるだけで十分である。これに対して上記
の本発明の構成では単一エネルギ測定時にも各事
象ごとにエネルギ信号による割算を行うことが不
可欠である。また、電荷分解方式でX方向に位置
検出する1次元放射線位置検出系をY方向に並列
的に配列して2次元的な位置検出を行なうように
しているため、各検出画素毎にプリアンプを設け
るのに比べて少ないプリアンプ数で、陽極または
陰極のいずれか一方の側からのみ信号を取り出す
構成が可能となる。そのため、交流結合で信号取
り出しをしないように選択でき、交流結合による
雑音増加を避けることができるとともに、放射線
入射側に等電位電極を配置し信号取り出し用の電
極を配置しないようにすることができる。 Note that it is obvious that the deterioration in spatial resolution based on ΔEn cannot be improved even if normalization is performed.
Therefore, the characteristics are different from the normalization by division described in JP-A-53-4389. In other words, in the above publication, as shown in the description in the lower right column of page 38, the standardization is particularly effective when measuring multiple spectra or multiple nuclides.
In the case of normal single energy measurements, there is no need to divide by the energy signal for each event, and it is sufficient to adjust (attenuate) the amplification degree of one signal depending on the energy value to be measured. On the other hand, in the configuration of the present invention described above, it is essential to perform division by the energy signal for each event even when measuring a single energy. In addition, since the one-dimensional radiation position detection system that detects the position in the X direction using a charge decomposition method is arranged in parallel in the Y direction to perform two-dimensional position detection, a preamplifier is provided for each detection pixel. With a smaller number of preamplifiers compared to the previous one, it is possible to create a configuration in which signals can be extracted only from either the anode or cathode side. Therefore, it is possible to choose not to take out signals through AC coupling, thereby avoiding the increase in noise caused by AC coupling, and also to arrange equipotential electrodes on the radiation incidence side and avoid placing electrodes for signal extraction. .
これらにより、低温冷却が不要となり、また、
放射線入射側電極から信号を取り出出さないた
め、入射側電極による不均一な放射線の散乱が改
善されるとともに入射側電極とコリメータとの密
着が可能となり、システムとしての分解能が向上
する。その結果シンチレーシヨンカメラに比較し
てエネルギ分解能および空間分解能の高いRIイ
メージング装置が得られる。 These eliminate the need for low-temperature cooling, and
Since no signal is extracted from the radiation entrance electrode, uneven scattering of radiation by the entrance electrode is improved, and the entrance electrode and collimator can be brought into close contact, improving the resolution of the system. The result is an RI imaging device with higher energy and spatial resolution than scintillation cameras.
なお、上記は1つの実施例を示すものであり、
構成的に種々の変更が可能である。すなわち、た
とえば、第2図で波形整形回路10,11のフイ
ルタは同一のものを使用してもあるいは異なるも
のをそれぞれ使用してもよく、後続の回路および
そのタイミングが信号xの系と信号zの系とで一
部異なる構成にしてもよい。また、上記では除算
回路20を1つとしたが、各演算・整形増幅回路
のそれぞれにつき設けてもよいし、複数のグルー
プに分けて、各グループごとに1つずつ設けても
よい。また、サンプルホールド回路18,19の
出力をA/D変換してそれ以降の回路をデジタル
演算する構成とすることもできる。 In addition, the above shows one example,
Various structural changes are possible. That is, for example, the filters in waveform shaping circuits 10 and 11 in FIG. The system may have a partially different configuration. Further, although one division circuit 20 is provided above, it may be provided for each arithmetic/shaping amplifier circuit, or may be divided into a plurality of groups, and one division circuit may be provided for each group. It is also possible to adopt a configuration in which the outputs of the sample and hold circuits 18 and 19 are A/D converted and subsequent circuits perform digital calculations.
また、上記では説明の便宜のため、4×4のマ
トリクスの場合について説明したが、他の多数の
配列の場合も同様に適用できることはもちろんで
ある。 Furthermore, for convenience of explanation, the case of a 4×4 matrix has been described above, but it goes without saying that the present invention can be similarly applied to cases of many other arrays.
さらに第1図では検出素子3の各々に信号取り
出し電極411〜444を1つずつ設けるように
しているが、たとえば第3図A,Bに示すよう
に、1つの検出素子3に複数の信号取り出し電極
4を設けるようにしてもよい。また、上記実施例
では、電荷分解方式の1次元位置検出系が第1図
Bに示すようにX方向に1個形成されているだけ
であるが、たとえば第4図に示すようにX方向に
複数個形成するようにしてもよい。 Furthermore, in FIG. 1, each of the detection elements 3 is provided with one signal extraction electrode 411 to 444, but as shown in FIGS. An electrode 4 may also be provided. Further, in the above embodiment, only one charge decomposition type one-dimensional position detection system is formed in the X direction as shown in FIG. 1B, but for example, as shown in FIG. A plurality of them may be formed.
電荷分割のための手段として上記実施例では抵
抗群51を用いているが、コンデンサなどの他の
インピーダンスを用いて構成することが可能であ
る。 Although the resistor group 51 is used in the above embodiment as a means for charge division, it is also possible to use other impedances such as a capacitor.
検出素子および信号取り出し電極の配列につい
ても、上記実施例のような通常のマトリクス以外
の配列が可能であり、座標系もX−Y直交座標系
以外のものを使用できる。 Regarding the arrangement of the detection elements and signal extraction electrodes, an arrangement other than the usual matrix as in the above embodiment is also possible, and a coordinate system other than the X-Y orthogonal coordinate system can be used.
また、CdTeやHgI2等は一般に正孔の方が電子
に比べて易動度μと平均寿命τとの積が小さいた
め、正孔の収集特性が悪いので、通常は上記のよ
うに放射線入射側に配される等電位電極2を陰極
とするが、負バイアスのみでなく正バイアスをこ
の等電位電極2に与えるようにしてもよい。 In addition, in CdTe, HgI 2, etc., holes generally have a smaller product of mobility μ and average lifetime τ than electrons, so the hole collection characteristics are poor, so they are usually treated with radiation incident as described above. Although the equipotential electrode 2 disposed on the side serves as a cathode, not only a negative bias but also a positive bias may be applied to the equipotential electrode 2.
さらに、HgI2では正孔の捕獲による偏極効果
が問題となるが、その改善策として、時々、一時
的に等電位電極2に加えるバイアスを逆転させれ
ばよく、このような手段を付加することは容易で
ある。 Furthermore, with HgI 2, the polarization effect due to hole capture is a problem, but as a countermeasure, it is sufficient to temporarily reverse the bias applied to the equipotential electrode 2 from time to time. That's easy.
第5図のように、検出素子3を斜めに配列し、
放射線を等電位電極2に対して垂直でない方向か
ら入射させるよう構成して、検出素子3の厚さに
関連する検出効率と電荷収集特性との関係の改善
を図るようにすることもできる。第1図または第
3図A,Bのような検出素子3の2次元配列を層
状に何層にも重ね合わせて3次元配列とし、検出
効率と電荷収集特性との関係を改善することも可
能である。 As shown in FIG. 5, the detection elements 3 are arranged diagonally,
It is also possible to configure the radiation to be incident on the equipotential electrode 2 from a direction other than perpendicular to the equipotential electrode 2 in order to improve the relationship between the detection efficiency and the charge collection characteristics related to the thickness of the detection element 3. It is also possible to improve the relationship between detection efficiency and charge collection characteristics by stacking the two-dimensional array of detection elements 3 in layers as shown in Figure 1 or Figures A and B in Figure 3 to create a three-dimensional array. It is.
また、上に述べた2次元位置検出装置をたとえ
ばリング状に配列する等により、複数のスライス
層を有するEmission Computed Tomograph装
置を構成することも可能である。 Furthermore, it is also possible to configure an Emission Computed Tomograph device having a plurality of slice layers by arranging the two-dimensional position detecting devices described above in a ring shape, for example.
(ヘ) 効果
この発明によれば、放射線入射側に等電位電極
が設けられ、信号取り出し電極は放射線入射側で
ない面にのみ形成されているのので、製作・組立
が容易で小型化可能であり、さらに不均一な放射
線の散乱が改善され、しかもコリメータとの密着
も可能となるためシステムしての分解能が向上
し、また、直流結合で信号取り出しができ交流結
合による場合の雑音増加(したがつてエネルギ分
解能および空間分解能の低下)を改善できる。さ
らに、2次元座標系の1方向での位置検出は電荷
分割方式を採用しているためプリアンプ数を少な
くでき、安価とすることができる。また、常温用
化合物半導体を放射線検出素子として用いている
ため、常温での使用が可能となり、移動や回転な
どが容易となるなど使用に便利で、しかも維持費
もかからない。そして、常温用化合物半導体を用
いた場合に生じる電荷収集の不完全性に対して
は、電荷分解方式で得られる1方向の位置信号を
各事象毎に実時間でエネルギ信号によつて除算す
ることにより規格化して対処しているため、電荷
収集の不完全性に起因する空間分解能の低下を防
ぐことができる。(f) Effects According to the present invention, since the equipotential electrode is provided on the radiation incident side and the signal extraction electrode is formed only on the surface other than the radiation incident side, manufacturing and assembly are easy and miniaturization is possible. In addition, the scattering of non-uniform radiation is improved, and it is possible to make close contact with the collimator, which improves the resolution of the system.In addition, the signal can be extracted with DC coupling, and the noise increase (but not with AC coupling) is improved. (deterioration of energy resolution and spatial resolution) can be improved. Furthermore, since a charge division method is adopted for position detection in one direction of the two-dimensional coordinate system, the number of preamplifiers can be reduced and the cost can be reduced. In addition, since a compound semiconductor for room temperature is used as the radiation detection element, it can be used at room temperature, is convenient to use, as it can be easily moved and rotated, and there is no maintenance cost. To deal with incomplete charge collection that occurs when room-temperature compound semiconductors are used, the unidirectional position signal obtained by the charge decomposition method is divided by the energy signal in real time for each event. Since this is normalized and handled, it is possible to prevent a decrease in spatial resolution due to incomplete charge collection.
第1図A,Bおよび第2図はこの発明の一実施
例を示すもので、第1図Aは空間的配列関係を示
す模式図、第1図Bは信号取り出し電極とプリア
ンプとの接続関係を示す結線図、第2図は信号系
のブロツク図、第3図A,Bは空間的配列関係の
他の例をそれぞれ示す模式図、第4図は信号取り
出し電極とプリアンプとの接続関係の他の例を示
す結線図、第5図は空間的配列関係のさらに別の
例を示す模式図である。
1…絶縁板、2…等電位電極、3…検出素子、
4,411〜444…信号取り出し電極、51〜
54…,5n,51′〜54′,…,5n′…抵抗
群、61a〜64a,…,6na,61a′〜64
a′,…,6na′,61b〜64b,…,6nb,6
1b′〜64b′,…,6nb′…プリアンプ、71〜
74…演算・整形増幅回路、8…非対称加算回
路、9…対称加算回路、10,11…波形整形増
幅器、12…パルス発生回路、13,14,1
8,19,21,22…サンプルホールド回路、
15,16…アナログスイツチ、17…タイミン
グ制御回路、20…除算回路、23…波高分析
器、24…エンコーダ、25…レジスタおよび制
御回路、26…乱数発生器、27…ラツチ回路、
28…D/A変換器。
Figures 1A, B, and 2 show an embodiment of the present invention. Figure 1A is a schematic diagram showing the spatial arrangement relationship, and Figure 1B is the connection relationship between the signal extraction electrode and the preamplifier. Fig. 2 is a block diagram of the signal system, Fig. 3 A and B are schematic diagrams showing other examples of spatial arrangement, and Fig. 4 is a connection relation between the signal extraction electrode and the preamplifier. A wiring diagram showing another example, and FIG. 5 is a schematic diagram showing still another example of the spatial arrangement relationship. 1... Insulating plate, 2... Equipotential electrode, 3... Detection element,
4,411-444...Signal extraction electrode, 51-
54..., 5n, 51'-54',..., 5n'...resistance group, 61a-64a,..., 6na, 61a'-64
a',...,6na',61b~64b,...,6nb,6
1b'~64b',...,6nb'...Preamplifier, 71~
74... Arithmetic/shaping amplifier circuit, 8... Asymmetrical addition circuit, 9... Symmetrical addition circuit, 10, 11... Waveform shaping amplifier, 12... Pulse generation circuit, 13, 14, 1
8, 19, 21, 22...sample hold circuit,
15, 16... Analog switch, 17... Timing control circuit, 20... Division circuit, 23... Wave height analyzer, 24... Encoder, 25... Register and control circuit, 26... Random number generator, 27... Latch circuit,
28...D/A converter.
Claims (1)
常温用化合物半導体からなる放射線検出素子を配
列し、この素子の放射線入射側1面に近似的に等
電位に保たれる等電位電極を配置するとともにこ
の素子の他の面に上記方向に並ぶ少なくとも2個
以上の信号取り出し電極を設けてなる放射線1次
元位置検出部を上記2次元座標系の他の方向に互
いに独立に配列し、さらにこれら放射線1次元位
置検出部の各々について、それぞれの信号取り出
し電極を直列接続されたインピーダンス群の各線
続点に接続するとともに、その直列接続されたイ
ンピーダンス群の両端を1対のプリアンプに直流
結合し、これら1対のプリアンプの各出力を対称
加算した信号をエネルギ信号とし、1対のプリア
ンプの各出力を非対称に加算した信号を上記エネ
ルギ信号に比例する信号で除算規格化して上記2
次元座標系の1方向の位置信号を得る1次元位置
検出系を形成し、上記2次元座標系の他の方向の
位置信号は上記1次元位置検出系のいずれから信
号が生じたかによつて得るようにし、且つ上記の
エネルギ信号があらかじめ定められたエネルギ範
囲に入つているか否かの判別を行なう波高分析器
を備えることを特徴とする半導体放射線位置検出
装置。1 Radiation detection elements made of room-temperature compound semiconductors are arranged continuously or in isolation in one direction of a two-dimensional coordinate system, and equipotential electrodes that are maintained at approximately equal potential are placed on one surface of the elements on the radiation incident side. At the same time, on the other surface of this element, radiation one-dimensional position detecting sections each having at least two or more signal extraction electrodes arranged in the above-mentioned direction are arranged independently of each other in the other direction of the above-mentioned two-dimensional coordinate system, and furthermore, these For each of the radiation one-dimensional position detection sections, each signal extraction electrode is connected to each line connection point of the series-connected impedance group, and both ends of the series-connected impedance group are DC-coupled to a pair of preamplifiers, The signal obtained by symmetrically adding the respective outputs of the pair of preamplifiers is used as an energy signal, and the signal obtained by adding the respective outputs of the pair of preamplifiers asymmetrically is divided by a signal proportional to the above energy signal and normalized.
A one-dimensional position detection system is formed to obtain a position signal in one direction of the two-dimensional coordinate system, and a position signal in another direction of the two-dimensional coordinate system is obtained depending on which of the one-dimensional position detection systems the signal is generated from. 1. A semiconductor radiation position detection device characterized by comprising: a pulse height analyzer for determining whether or not the energy signal falls within a predetermined energy range.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18328283A JPS6073484A (en) | 1983-09-30 | 1983-09-30 | Semiconductor radiation position detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18328283A JPS6073484A (en) | 1983-09-30 | 1983-09-30 | Semiconductor radiation position detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6073484A JPS6073484A (en) | 1985-04-25 |
| JPH0462033B2 true JPH0462033B2 (en) | 1992-10-02 |
Family
ID=16132922
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18328283A Granted JPS6073484A (en) | 1983-09-30 | 1983-09-30 | Semiconductor radiation position detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6073484A (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005106692A (en) | 2003-09-30 | 2005-04-21 | Hitachi Ltd | Semiconductor radiation detector and radiation imaging apparatus |
| JP5649044B2 (en) * | 2010-08-31 | 2015-01-07 | 大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構 | Radiation detector |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6044633B2 (en) * | 1978-11-30 | 1985-10-04 | 株式会社東芝 | scintillation camera |
-
1983
- 1983-09-30 JP JP18328283A patent/JPS6073484A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6073484A (en) | 1985-04-25 |
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