專利名稱：用于以光譜傳感器獲得的x射線光譜的迭加現(xiàn)象的校準(zhǔn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用X射線及伽瑪射線的高流率光譜測定法，特別涉及一種應(yīng)用于以光譜傳感器獲得的X射線光譜的迭加現(xiàn)象的校準(zhǔn)方法。
背景技術(shù)：
高流率光譜測定法的應(yīng)用是多樣化的。高流率光譜測定法的多種應(yīng)用包括應(yīng)用伽馬探針于輻射防護，多能量造影于醫(yī)藥領(lǐng)域(例如雙光子掃描)、于非破壞性測試領(lǐng)域以及保全應(yīng)用領(lǐng)域(例如利用多能量放射線造影術(shù)偵測易爆材料)。本發(fā)明在在工業(yè)上的一個特別的應(yīng)用是利用移動式放射線造影術(shù)偵測行李。然而，其他應(yīng)用也可被·實現(xiàn)，特別是利用光譜儀在測量強烈的X射線及/或伽馬光子流，舉例來說，用來測量核燃料或核廢料?！ご送?，藉由已知技術(shù)去制造用以競爭本發(fā)明目前所使用的行李檢查方法是很難的，該方法需要具有快速、但高精準(zhǔn)度及高安全性。特別是，在測量移動中的行李時，應(yīng)在行李的移動速度上要求穿過行李以進行測量的光子的能量，需具有很高的入射光子流能量 (幾十百萬photons/mmVs)于很短的時間(幾毫秒)以保持充分的測量統(tǒng)計數(shù)值。有關(guān)本發(fā)明的光譜傳感器，優(yōu)選地為直接轉(zhuǎn)換傳感器，例如入射X光子于傳感器與一個極化的半導(dǎo)體材料(如CdTe)反應(yīng)，并且制造出電子云(通常60KeV的X光子有一萬個電子)。該些電荷隨后被電極收集，并形成短暫的電子訊號，稱之為脈沖。當(dāng)電荷完全的被收集后，全部測量的脈沖是正比于入射粒子沉積的能量。電路使測量此全部能量是有可能的。在數(shù)字化后，脈沖可依據(jù)個別的振幅以及配給給各個通道的能量值被分類于不同通道。每個互動的通道的分布可對應(yīng)至具有與被照射物體反應(yīng)或偵測輻射的能量光譜輻射的能量光譜。輻射優(yōu)選地為X或伽馬光子輻射。在行李檢查的情況下，如此的光譜用以提供被檢測的物體的密度和性質(zhì)是有可能的。在光譜系統(tǒng)中，包含連接電子電路并用以放大及處理偵測訊號的傳感器，測量光譜上光子的高流率相關(guān)的校準(zhǔn)衰減效應(yīng)的問題會產(chǎn)生(如上述指出，高流率在行李檢查中是必要的)。更具體的說，問題包括了可分性差，或在非常靠近的情況被偵測器感測到的反應(yīng)的迭加現(xiàn)象。對偵測器施加越強的入射光子流，將導(dǎo)致越高的反應(yīng)機率(單位時間內(nèi)在偵測器內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)次數(shù))。首先，偵測起所量測到的單位時間的計數(shù)率隨著反應(yīng)率增加而增力口，以及發(fā)現(xiàn)迭加效應(yīng)的發(fā)生蓋率也因此增加。于是，當(dāng)入射光子流變得太顯著，計數(shù)率幾乎不再增加，甚至可以減少，是由于偵測器已飽和所導(dǎo)致。
強光子流的概念對應(yīng)至通常光子流，其數(shù)值是在IxlO4與IO9反應(yīng)每秒每畫素之間 (或基礎(chǔ)探測器)。在X射線具有IOOKeV附近左右的能量的情況下，每秒反應(yīng)次數(shù)是相對接近于每秒入射光子流次數(shù)，換言之，入射光子流，每個光子的反應(yīng)概率相對提高。一個重要的參數(shù)就是計數(shù)率，藉由偵測器量測的于先前描述已定義。當(dāng)偵測器偵測到作用于其上的光子流并不高，偵測器所量測的反應(yīng)率實質(zhì)上等同于偵測器所量測的計數(shù)率，后者是對應(yīng)事件的次數(shù)(或計數(shù)次數(shù))出現(xiàn)在單位時間的光譜上。在強烈的輻射流的情況下，在一般情況下，超出給定的計數(shù)率，偵測器的飽和及訊號處理電子將會發(fā)生。量測計數(shù)率此不再對應(yīng)至偵測器所感測到的電子流。這種飽和的后果之一是強烈的頻譜能量解析度和檢測效能的退化。圖9是一個在兩個不同光子流中量測光譜，其繪示了迭加現(xiàn)象所帶來的問題。 曲線I對應(yīng)至入射光子流具有6，082xl06光子/秒/偵測器，而曲線II對應(yīng)至入射光子流具有4，752xl04光子/秒/偵測器。當(dāng)光子流增強(入射X光子單位時間內(nèi)每畫素)，其所提供的訊號將會因為迭加效應(yīng)惡化如果兩個事件以相距太短的時間內(nèi)被偵測到，系統(tǒng)并沒有能力去分辨它們，并導(dǎo)致提供根據(jù)兩個光子的能量，并把它們分開的時間間隔的錯誤訊號。在圖9中，兩個迭加現(xiàn)象產(chǎn)生的影響可以從曲線I及曲線II看出(I)當(dāng)光子流增加，在低能量可見(圖9的A區(qū)域)，被量測到的計數(shù)率減少；(2)事件次數(shù)被計數(shù)在具有高能量的光子流上增加，因為光譜的迭加(圖9的B區(qū)域)。此種迭加現(xiàn)象是已眾所知悉。多種不同種類的方法存在用以處理此種迭加現(xiàn)象。習(xí)知的實證方法有一種成果系基于利用具有已知活性輻射源以校準(zhǔn)迭加現(xiàn)象。從校準(zhǔn)后的結(jié)果資料，隨后可用于未知訊號，就像美國國家校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)及使用鍺分光儀用以量測伽瑪射線放射性核素排放率，描述于美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(ANSI)N42. 14-1999， 第 7、13、15、86、89 和 134 頁。這種方法的主要缺點是需要有很強的活性的伽瑪射線發(fā)射源，這使得校準(zhǔn)方法復(fù)雜，尤其是對輻射防護問題。也被稱為是模擬方法，優(yōu)化電子設(shè)備，從而最大限度地減少迭加效應(yīng)。特別是使用的抑制電路，使在現(xiàn)階段粒子處理結(jié)束之前，可不考慮被吸收的新粒子。這種類型的方法，使人們有可能獲得非癱瘓系統(tǒng)，美中不足的是，加工造成的死區(qū)時間，降低了這種系統(tǒng)的計數(shù)率性能。數(shù)字方法也存在，被稱為即時時間校準(zhǔn)方法，其使減少一部分的迭加現(xiàn)象是有可能的。然而，此種方法導(dǎo)致獲得一光譜的時間。根據(jù)其他的解決方案，某些訊號處理參數(shù)調(diào)整，特別是關(guān)于脈沖的決定。但是，除了降解解析度，這些解決方案是不是很有效他們只是將系統(tǒng)不再利用的互動率的邊界稍微向后推。最后，終于產(chǎn)生候驗校準(zhǔn)方法，特別是從文件FR 2，870，603或是描述于 Trigano, T. , Traitement du signal spectrometrique:(Etude du desempilement de spectre en energie pour la spectrometrie gamma), 2006 年出片反。
這種方法是基于對每個脈沖的持續(xù)時間和能源的認知，也是對上述方法的限制， 特別是在高計數(shù)率中。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明所提出的方法，可使預(yù)估，從光譜獲得使用光譜鏈，因為迭加導(dǎo)致降解的光譜的校正變得有可能。本發(fā)明揭露一種校準(zhǔn)X射線的測量光譜(SpmJ的方法，包含-決定迭加光譜(Emp),所述迭加光譜(Emp)為僅單獨對應(yīng)所述迭加的所述測量光譜(Spmes)的一部分；-通過所述測量光譜(SpmJ及所述迭加光譜(Emp)的差值，計算或估計至少一第一校準(zhǔn)光譜(Spcot)。本發(fā)明特別關(guān)于一種校準(zhǔn)X射線的測量光譜(SpmJ的方法，根據(jù)若干個通道Ne， 每個通道i對應(yīng)Ei與EfAEi之間的能量范圍,所述方法包含-決定方程式StqGO，所述方程式StiijGO決定分離與能量Ei及兩交互作用的時間偏移At區(qū)間的大小，所述兩交互作用的迭加產(chǎn)生偵測能量值Ek ；
-從所述方程式δti, j(k)，決定對應(yīng)能量Ei及Ej的分別兩交互作用的迭加，在通道k內(nèi)被計數(shù)的事件的所述概率方程式Pu (k)；-從所述概率方程式Pi, j (k)，決定迭加光譜(Emp)，所述迭加光譜(Emp)為僅單獨對應(yīng)所述迭加的測量光譜(Spmes)的部分；以及-通過所述測量光譜(SpmJ及所述迭加光譜(Emp)的差值，計算或估計至少一第一校準(zhǔn)光譜(Spcot)。迭加光譜是從所述測量光譜(Spmes)以及系統(tǒng)的曝照時間(Texp。)及死時間(Tdead) 資料被計算得到，低于分離兩個光子的最短期間中，具有兩個光子的迭加且所述兩個光子中僅有一個光子被偵測到是。根據(jù)本發(fā)明的一種方法因此僅使用測量光譜、曝照時間以及死時間的資料於系統(tǒng)。延遲時間(Tdead)是通過模擬或?qū)嶒炓员猾@得。根據(jù)本發(fā)明的一種方法可包含Nit (Nit之丄)校準(zhǔn)光譜(SpeOT(n))的計算是通過所述測量光譜及所述迭加光譜(Emp)的差值，從依序的校準(zhǔn)光譜(Spc^lri))或假使沒有先前校準(zhǔn)光譜則從所述測量光譜得到。根據(jù)本發(fā)明的方法可以特定的被反復(fù)迭代。因此，根據(jù)一個實施例，從具有與傳感器互動的入射輻射的測量光譜開始，校準(zhǔn)后的光譜可根據(jù)迭代方法被決定，包含下列步驟-計算或預(yù)估迭加光譜Emp，代表前次校準(zhǔn)光譜Spc^lri)的一部分(如，在前次迭代過程中被建立)對應(yīng)迭加的步驟；-校準(zhǔn)前次校準(zhǔn)光譜，使用在上一步驟所計算或預(yù)估的迭加光譜Emp，以獲得新校
準(zhǔn)光譜Spcor(n)；-以新校準(zhǔn)光譜sPc;OT(n)取代前次校準(zhǔn)光譜Spcot^1)，也可能重新開始對新校準(zhǔn)光譜進行迭代。
根據(jù)一個特定的實施例，根據(jù)本發(fā)明的方法包括以下步驟迭代Nit次數(shù)，其中Nit 上I,且 I < η < N.·,-計算平均迭加概率，作為所述先前校準(zhǔn)光譜Sp-tD、或假使沒有所述先前校準(zhǔn)光譜則為所述測量光譜及曝照時間(τεχρ。)及死時間(Tdead)資料的函數(shù)；-估計所述迭加光譜(Emp)，作為所述先前校準(zhǔn)光譜、或假使沒有所述先前校準(zhǔn)光譜則為所述測量光譜，以及曝照時間(Τεχρ。)資料的函數(shù)；-計算校準(zhǔn)光譜，使用所述測量光譜(Sp_)及估計后的所述迭加光譜(Emp)之間
的差值。本發(fā)明也有關(guān)于一種用以校準(zhǔn)X射線測量光譜(SpmJ的裝置，包含-決定迭加光譜(Emp)的元件,所述迭加光譜(Emp)為僅單獨對應(yīng)所述迭加的所述測量光譜(Spmes)的一部分；以及-通過所述測量光譜(SpmJ及所述迭加光譜(Emp)的差值，計算或估計至少一第一校準(zhǔn)光譜(Sp·)的兀件。本發(fā)明也有關(guān)于一種用以校準(zhǔn)X射線測量光譜(Spmes)的裝置，包含若干個通道 Ne，每個通道i對應(yīng)Ei與EfAEi之間的能量范圍，其包含-決定方程式StqGO，所述方程式StiijGO決定分離與能量Ei及兩交互作用的時間偏移At區(qū)間的大小，所述兩交互作用的迭加產(chǎn)生偵測能量值Ek的元件；-從所述方程式δti, j(k)，決定對應(yīng)能量Ei及Ej的分別兩交互作用的迭加，在通道k內(nèi)被計數(shù)的事件的所述概率方程式Pu(k)的元件；-從所述概率方程式Pi,j (k)，決定迭加光譜(Emp)，所述迭加光譜(Emp)為僅單獨對應(yīng)所述迭加的測量光譜(SpmJ的部分的元件；-通過所述測量光譜(SpmJ及所述迭加光譜(Emp)的差值，計算或估計至少一第一校準(zhǔn)光譜(Sp·)的兀件。迭加光譜是從所述測量光譜(Spmes)以及系統(tǒng)的曝照時間(Τεχρ。)及死時間(Tdead) 資料被計算得到，低于分離兩個光子的最短期間中，具有兩個光子的迭加且所述兩個光子中僅有一個光子被偵測到是。此種裝置包含通過模擬以決定所述死時間的元件。根據(jù)本發(fā)明的裝置優(yōu)選的包含根據(jù)上述步驟所述的迭代方法決定校準(zhǔn)光譜的元件。在本發(fā)明的裝置或方法，迭加概率可優(yōu)選地使用下列方程式被計算出

權(quán)利要求
1.一種用以校準(zhǔn)X射線的測量光譜(SpmJ的方法，其特征在于，根據(jù)若干個通道Ne，每個通道i對應(yīng)Ei與Ei+ A Ei之間的能量范圍，包含 -決定方程式Stq(k)，所述方程式Stq(k)決定分離與能量Ei及&的兩交互作用的時間偏移At區(qū)間的大小，所述兩交互作用的迭加產(chǎn)生偵測能量值Ek ； -從所述方程式S ti, j (k)，決定對應(yīng)能量Ei及的分別兩交互作用的迭加，在通道k內(nèi)被計數(shù)的事件的概率方程式Py (k)； -從所述概率方程式Pu (k)，決定迭加光譜(Emp)，所述迭加光譜(Emp)為僅單獨對應(yīng)所述迭加的測量光譜(Spni6s)的部分；以及 -通過所述測量光譜(SpmJ及所述迭加光譜(Emp)的差值，計算或估計至少一第一校準(zhǔn)光譜(Spcor)。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述迭加光譜是從所述測量光譜(SpmJ以及系統(tǒng)的曝照時間OrailJ及死時間(TdJ資料被計算得到，低于分離兩個光子的最短期間中，具有所述兩個光子的迭加且所述兩個光子中僅有一個光子被偵測到是。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述死時間(Tdead)是通過模擬或?qū)嶒炓员猾@得。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項所述的方法，其特征在于，包含Nit(Hl)校準(zhǔn)光譜(Spcorw)的計算是通過所述測量光譜及所述迭加光譜(Emp)的差值，從依序的校準(zhǔn)光譜(Spcor^1))或假使沒有先前校準(zhǔn)光譜則從所述測量光譜得到。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，包含下列步驟，迭代Nit次數(shù)，其中NitH -計算平均迭加概率，作為所述先前校準(zhǔn)光譜Spcor (n-1)、或假使沒有所述先前校準(zhǔn)光譜則為所述測量光譜，以及曝照時間(Texpo)及死時間(Tdead)資料的函數(shù)； -估計迭加光譜(Emp)，作為所述先前校準(zhǔn)光譜、或假使沒有所述先前校準(zhǔn)光譜則為所述測量光譜，以及所述曝照時間(Texpo)資料的函數(shù)； -計算校準(zhǔn)光譜，使用所述測量光譜(Spni^)及估計后的所述迭加光譜(Emp)之間的差值。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述平均迭加概率是使用下列方程式計算出
7.如權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，Nit在I到100之間。
8.如權(quán)利要求I至7任一項所述的方法，其特征在于，所述迭加光譜是使用下列方程式計算出
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，其中 Pij(k) = I- I-Ixdti ^k)!Tqxvo(五/)電W。) Spcor^1) (j)是所述先前校準(zhǔn)光譜、或假使沒有所述先前校準(zhǔn)光譜則為所述測量光譜的所述通道j的值。
10.如權(quán)利要求I至9中任一項所述的方法，其特征在于，Stq(k)是從迭加方程式FEi,Ej的反函數(shù)所決定的。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，包含通過模擬或?qū)嶒灥姆匠淌紽Ei,w( A t)的估計。
12.如權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述方程式FE_(At)是通過能量的遞減仿射方程式而被估計。
13.如權(quán)利要求I至12中任一項所述的方法，其特征在于，8ty(k)是常數(shù)。
14.如權(quán)利要求I至13中任一項所述的方法，其特征在于，所述測量光譜在光子流率少于IO8光子/畫素/秒的情況下被獲得。
15.一種用以校準(zhǔn)X射線測量光譜的裝置，其特征在于，其包含若干個通道Ne，每個通道i對應(yīng)Ei與Ei+AEi之間的能量范圍，其包含 -決定方程式Stq(k)，所述方程式Stq(k)決定分離與能量Ei及&的兩交互作用的時間偏移At區(qū)間的大小，所述兩交互作用的迭加產(chǎn)生偵測能量值Ek的元件； -從所述方程式S ti, j (k)，決定對應(yīng)能量Ei及的分別兩交互作用的迭加，在通道k內(nèi)被計數(shù)的事件的概率方程式Pu (k)的元件； -從所述概率方程式Pu (k)，決定迭加光譜(Emp)，所述迭加光譜(Emp)為僅單獨對應(yīng)所述迭加的測量光譜(Spni6s)的部分的元件(12)； -通過所述測量光譜(SpmJ及所述迭加光譜(Emp)的差值，計算或估計至少一第一校準(zhǔn)光譜(Spcot)的元件(12)。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，所述迭加光譜是從所述測量光譜(SpmJ以及系統(tǒng)的曝照時間OrailJ及死時間(TdJ資料被計算得到，低于分離兩個光子的最短期間中，具有所述兩個光子的迭加且所述兩個光子中僅有一個光子被偵測到是。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，包含通過模擬以決定所述死時間的元件。
18.如權(quán)利要求15至17中任一項所述的裝置，其特征在于，其特征在于，包含Nit(Nit^I)校準(zhǔn)光譜(Spcotw)的計算是通過所述測量光譜及所述迭加光譜(Emp)的差值，從依序的校準(zhǔn)光譜(Spc^lri))或假使沒有先前校準(zhǔn)光譜則從所述測量光譜得到。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，包含進行以下步驟的元件，迭代Nit次數(shù)，其中NitIl -計算平均迭加概率，作為所述先前校準(zhǔn)光譜Sp-^)、或假使沒有所述先前校準(zhǔn)光譜則為所述測量光譜，以及曝照時間OrarJ及死時間(Tdead)資料的功能；-估計迭加光譜(Emp)，作為所述先前校準(zhǔn)光譜、或假使沒有所述先前校準(zhǔn)光譜則為所述測量光譜，以及所述曝照時間(T6XP。)的功能；以及 -計算校準(zhǔn)光譜，使用所述測量光譜(Spdms)及估計后的所述迭加光譜(Emp)之間的差值。
20.如權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，包含用下列方程式以計算所述平均迭加概率的元件，下列方程式為
21.如權(quán)利要求15至20中任一項所述的裝置，其特征在于，包含用下列方程式以計算所述迭加光譜的元件，下列方程式為
22.如權(quán)利要求21所述的裝置，其特征在于，包含用下列方程式以計算所述迭加光譜的元件，下列方程式為
23.如權(quán)利要求15至22中任一項所述的裝置，其特征在于，所述方程式Sti，j(k)是以迭加方程式FEi,w(At)的反函數(shù)被決定，后者與帶有能量(Ei, Ep及所述能量是被測量以作為在一對光子的到達時刻的所述偏移△ t之間的一對電子相關(guān)，以符合下列方程式 5 ti,j (k) = FEiEf1 (Ek+1) -FEiEJ_1 (Ek)。
24.如權(quán)利要求23所述的裝置，其特征在于，包含通過模擬用以估計所述方程式FEi,Ej(At)的元件。
25.如權(quán)利要求23或24所述的裝置，其特征在于，所述方程式FE_(At)是通過能量的遞減仿射方程式而被估計。
26.一種光譜裝置，其特征在于，其包含 -福射傳感器⑵； -用以處理信號的電子元件(4、6、8、10)，所述信號是從所述傳感器而來，并形成與所述傳感器相互聯(lián)系的幅射光譜； -根據(jù)權(quán)利要求15至25中任一項用以校準(zhǔn)測量X射線光譜的裝置。
全文摘要
本發(fā)明揭露一種用以校準(zhǔn)X射線的測量光譜(Spmes)的方法，其特征在于，根據(jù)若干個通道Nc、每個通道i對應(yīng)Ei與Ei+ΔEi之間的能量范圍，所述方法包含決定方程式δti，j(k)，所述方程式δti，j(k)決定分離與能量Ei及Ej的兩交互作用的時間偏移Δt區(qū)間的大小，兩交互作用的迭加，產(chǎn)生可被偵測能量值Ek；從方程式δti，j(k)，對應(yīng)能量Ei及Ej的分別兩交互作用的迭加，在通道k內(nèi)被計數(shù)的事件的所述概率方程式Pi，j(k)；從概率方程式Pi，j(k)，決定迭加光譜(Emp)，迭加光譜為僅單獨對應(yīng)迭加的測量光譜(Spmes)的部分；以及通過測量光譜(Spmes)及迭加光譜(Emp)的差值，計算或估計至少一第一校準(zhǔn)光譜(Spcor)。
文檔編號G01T1/17GK102713678SQ201080061692
公開日2012年10月3日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日
發(fā)明者安德烈·布萊姆比拉, 尚·瑞科, 尚馬克·鼎田, 弗羅倫特·穆蓋爾 申請人:法國原子能與替代能委員會