专利名称：用于以光谱传感器获得的x射线光谱的迭加现象的校准方法
技术领域：
本发明涉及一种使用X射线及伽玛射线的高流率光谱测定法，特别涉及一种应用于以光谱传感器获得的X射线光谱的迭加现象的校准方法。
背景技术：
高流率光谱测定法的应用是多样化的。高流率光谱测定法的多种应用包括应用伽马探针于辐射防护，多能量造影于医药领域(例如双光子扫描)、于非破坏性测试领域以及保全应用领域(例如利用多能量放射线造影术侦测易爆材料)。本发明在在工业上的一个特别的应用是利用移动式放射线造影术侦测行李。然而，其他应用也可被·实现，特别是利用光谱仪在测量强烈的X射线及/或伽马光子流，举例来说，用来测量核燃料或核废料。·此外，藉由已知技术去制造用以竞争本发明目前所使用的行李检查方法是很难的，该方法需要具有快速、但高精准度及高安全性。特别是，在测量移动中的行李时，应在行李的移动速度上要求穿过行李以进行测量的光子的能量，需具有很高的入射光子流能量 (几十百万photons/mmVs)于很短的时间(几毫秒)以保持充分的测量统计数值。有关本发明的光谱传感器，优选地为直接转换传感器，例如入射X光子于传感器与一个极化的半导体材料(如CdTe)反应，并且制造出电子云(通常60KeV的X光子有一万个电子)。该些电荷随后被电极收集，并形成短暂的电子讯号，称之为脉冲。当电荷完全的被收集后，全部测量的脉冲是正比于入射粒子沉积的能量。电路使测量此全部能量是有可能的。在数字化后，脉冲可依据个别的振幅以及配给给各个通道的能量值被分类于不同通道。每个互动的通道的分布可对应至具有与被照射物体反应或侦测辐射的能量光谱辐射的能量光谱。辐射优选地为X或伽马光子辐射。在行李检查的情况下，如此的光谱用以提供被检测的物体的密度和性质是有可能的。在光谱系统中，包含连接电子电路并用以放大及处理侦测讯号的传感器，测量光谱上光子的高流率相关的校准衰减效应的问题会产生(如上述指出，高流率在行李检查中是必要的)。更具体的说，问题包括了可分性差，或在非常靠近的情况被侦测器感测到的反应的迭加现象。对侦测器施加越强的入射光子流，将导致越高的反应机率(单位时间内在侦测器内发生的反应次数)。首先，侦测起所量测到的单位时间的计数率随着反应率增加而增力口，以及发现迭加效应的发生盖率也因此增加。于是，当入射光子流变得太显著，计数率几乎不再增加，甚至可以减少，是由于侦测器已饱和所导致。
强光子流的概念对应至通常光子流，其数值是在IxlO4与IO9反应每秒每画素之间 (或基础探测器)。在X射线具有IOOKeV附近左右的能量的情况下，每秒反应次数是相对接近于每秒入射光子流次数，换言之，入射光子流，每个光子的反应概率相对提高。一个重要的参数就是计数率，藉由侦测器量测的于先前描述已定义。当侦测器侦测到作用于其上的光子流并不高，侦测器所量测的反应率实质上等同于侦测器所量测的计数率，后者是对应事件的次数(或计数次数)出现在单位时间的光谱上。在强烈的辐射流的情况下，在一般情况下，超出给定的计数率，侦测器的饱和及讯号处理电子将会发生。量测计数率此不再对应至侦测器所感测到的电子流。这种饱和的后果之一是强烈的频谱能量解析度和检测效能的退化。图9是一个在两个不同光子流中量测光谱，其绘示了迭加现象所带来的问题。 曲线I对应至入射光子流具有6，082xl06光子/秒/侦测器，而曲线II对应至入射光子流具有4，752xl04光子/秒/侦测器。当光子流增强(入射X光子单位时间内每画素)，其所提供的讯号将会因为迭加效应恶化如果两个事件以相距太短的时间内被侦测到，系统并没有能力去分辨它们，并导致提供根据两个光子的能量，并把它们分开的时间间隔的错误讯号。在图9中，两个迭加现象产生的影响可以从曲线I及曲线II看出(I)当光子流增加，在低能量可见(图9的A区域)，被量测到的计数率减少；(2)事件次数被计数在具有高能量的光子流上增加，因为光谱的迭加(图9的B区域)。此种迭加现象是已众所知悉。多种不同种类的方法存在用以处理此种迭加现象。习知的实证方法有一种成果系基于利用具有已知活性辐射源以校准迭加现象。从校准后的结果资料，随后可用于未知讯号，就像美国国家校准标准及使用锗分光仪用以量测伽玛射线放射性核素排放率，描述于美国国家标准协会(ANSI)N42. 14-1999， 第 7、13、15、86、89 和 134 页。这种方法的主要缺点是需要有很强的活性的伽玛射线发射源，这使得校准方法复杂，尤其是对辐射防护问题。也被称为是模拟方法，优化电子设备，从而最大限度地减少迭加效应。特别是使用的抑制电路，使在现阶段粒子处理结束之前，可不考虑被吸收的新粒子。这种类型的方法，使人们有可能获得非瘫痪系统，美中不足的是，加工造成的死区时间，降低了这种系统的计数率性能。数字方法也存在，被称为即时时间校准方法，其使减少一部分的迭加现象是有可能的。然而，此种方法导致获得一光谱的时间。根据其他的解决方案，某些讯号处理参数调整，特别是关于脉冲的决定。但是，除了降解解析度，这些解决方案是不是很有效他们只是将系统不再利用的互动率的边界稍微向后推。最后，终于产生候验校准方法，特别是从文件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。
这种方法是基于对每个脉冲的持续时间和能源的认知，也是对上述方法的限制， 特别是在高计数率中。
发明内容
根据本发明所提出的方法，可使预估，从光谱获得使用光谱链，因为迭加导致降解的光谱的校正变得有可能。本发明揭露一种校准X射线的测量光谱(SpmJ的方法，包含-决定迭加光谱(Emp),所述迭加光谱(Emp)为仅单独对应所述迭加的所述测量光谱(Spmes)的一部分；-通过所述测量光谱(SpmJ及所述迭加光谱(Emp)的差值，计算或估计至少一第一校准光谱(Spcot)。本发明特别关于一种校准X射线的测量光谱(SpmJ的方法，根据若干个通道Ne， 每个通道i对应Ei与EfAEi之间的能量范围,所述方法包含-决定方程式StqGO，所述方程式StiijGO决定分离与能量Ei及两交互作用的时间偏移At区间的大小，所述两交互作用的迭加产生侦测能量值Ek ；
-从所述方程式δti, j(k)，决定对应能量Ei及Ej的分别两交互作用的迭加，在通道k内被计数的事件的所述概率方程式Pu (k)；-从所述概率方程式Pi, j (k)，决定迭加光谱(Emp)，所述迭加光谱(Emp)为仅单独对应所述迭加的测量光谱(Spmes)的部分；以及-通过所述测量光谱(SpmJ及所述迭加光谱(Emp)的差值，计算或估计至少一第一校准光谱(Spcot)。迭加光谱是从所述测量光谱(Spmes)以及系统的曝照时间(Texp。)及死时间(Tdead) 资料被计算得到，低于分离两个光子的最短期间中，具有两个光子的迭加且所述两个光子中仅有一个光子被侦测到是。根據本發明的一種方法因此僅使用測量光譜、曝照時間以及死时间的資料於系統。延迟时间(Tdead)是通过模拟或实验以被获得。根據本發明的一種方法可包含Nit (Nit之丄)校准光谱(SpeOT(n))的计算是通过所述测量光谱及所述迭加光谱(Emp)的差值，从依序的校准光谱(Spc^lri))或假使没有先前校准光谱则从所述测量光谱得到。根据本发明的方法可以特定的被反复迭代。因此，根据一个实施例，从具有与传感器互动的入射辐射的测量光谱开始，校准后的光谱可根据迭代方法被决定，包含下列步骤-计算或预估迭加光谱Emp，代表前次校准光谱Spc^lri)的一部分(如，在前次迭代过程中被建立)对应迭加的步骤；-校准前次校准光谱，使用在上一步骤所计算或预估的迭加光谱Emp，以获得新校
准光谱Spcor(n)；-以新校准光谱sPc;OT(n)取代前次校准光谱Spcot^1)，也可能重新开始对新校准光谱进行迭代。
根据一个特定的实施例，根据本发明的方法包括以下步骤迭代Nit次数，其中Nit 上I,且 I < η < N.·,-计算平均迭加概率，作为所述先前校准光谱Sp-tD、或假使没有所述先前校准光谱则为所述测量光谱及曝照时间(τεχρ。)及死时间(Tdead)资料的函数；-估计所述迭加光谱(Emp)，作为所述先前校准光谱、或假使没有所述先前校准光谱则为所述测量光谱，以及曝照时间(Τεχρ。)资料的函数；-计算校准光谱，使用所述测量光谱(Sp_)及估计后的所述迭加光谱(Emp)之间
的差值。本发明也有关于一种用以校准X射线测量光谱(SpmJ的装置，包含-决定迭加光谱(Emp)的元件,所述迭加光谱(Emp)为仅单独对应所述迭加的所述测量光谱(Spmes)的一部分；以及-通过所述测量光谱(SpmJ及所述迭加光谱(Emp)的差值，计算或估计至少一第一校准光谱(Sp·)的兀件。本发明也有关于一种用以校准X射线测量光谱(Spmes)的装置，包含若干个通道 Ne，每个通道i对应Ei与EfAEi之间的能量范围，其包含-决定方程式StqGO，所述方程式StiijGO决定分离与能量Ei及两交互作用的时间偏移At区间的大小，所述两交互作用的迭加产生侦测能量值Ek的元件；-从所述方程式δti, j(k)，决定对应能量Ei及Ej的分别两交互作用的迭加，在通道k内被计数的事件的所述概率方程式Pu(k)的元件；-从所述概率方程式Pi,j (k)，决定迭加光谱(Emp)，所述迭加光谱(Emp)为仅单独对应所述迭加的测量光谱(SpmJ的部分的元件；-通过所述测量光谱(SpmJ及所述迭加光谱(Emp)的差值，计算或估计至少一第一校准光谱(Sp·)的兀件。迭加光谱是从所述测量光谱(Spmes)以及系统的曝照时间(Τεχρ。)及死时间(Tdead) 资料被计算得到，低于分离两个光子的最短期间中，具有两个光子的迭加且所述两个光子中仅有一个光子被侦测到是。此种装置包含通过模拟以决定所述死时间的元件。根据本发明的装置优选的包含根据上述步骤所述的迭代方法决定校准光谱的元件。在本发明的装置或方法，迭加概率可优选地使用下列方程式被计算出
权利要求
1.一种用以校准X射线的测量光谱(SpmJ的方法，其特征在于，根据若干个通道Ne，每个通道i对应Ei与Ei+ A Ei之间的能量范围，包含 -决定方程式Stq(k)，所述方程式Stq(k)决定分离与能量Ei及&的两交互作用的时间偏移At区间的大小，所述两交互作用的迭加产生侦测能量值Ek ； -从所述方程式S ti, j (k)，决定对应能量Ei及的分别两交互作用的迭加，在通道k内被计数的事件的概率方程式Py (k)； -从所述概率方程式Pu (k)，决定迭加光谱(Emp)，所述迭加光谱(Emp)为仅单独对应所述迭加的测量光谱(Spni6s)的部分；以及 -通过所述测量光谱(SpmJ及所述迭加光谱(Emp)的差值，计算或估计至少一第一校准光谱(Spcor)。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述迭加光谱是从所述测量光谱(SpmJ以及系统的曝照时间OrailJ及死时间(TdJ资料被计算得到，低于分离两个光子的最短期间中，具有所述两个光子的迭加且所述两个光子中仅有一个光子被侦测到是。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述死时间(Tdead)是通过模拟或实验以被获得。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，包含Nit(Hl)校准光谱(Spcorw)的计算是通过所述测量光谱及所述迭加光谱(Emp)的差值，从依序的校准光谱(Spcor^1))或假使没有先前校准光谱则从所述测量光谱得到。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，包含下列步骤，迭代Nit次数，其中NitH -计算平均迭加概率，作为所述先前校准光谱Spcor (n-1)、或假使没有所述先前校准光谱则为所述测量光谱，以及曝照时间(Texpo)及死时间(Tdead)资料的函数； -估计迭加光谱(Emp)，作为所述先前校准光谱、或假使没有所述先前校准光谱则为所述测量光谱，以及所述曝照时间(Texpo)资料的函数； -计算校准光谱，使用所述测量光谱(Spni^)及估计后的所述迭加光谱(Emp)之间的差值。
6.如权利要求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计算出
7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，Nit在I到100之间。
8.如权利要求I至7任一项所述的方法，其特征在于，所述迭加光谱是使用下列方程式计算出
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，其中 Pij(k) = I- I-Ixdti ^k)!Tqxvo(五/)电W。) Spcor^1) (j)是所述先前校准光谱、或假使没有所述先前校准光谱则为所述测量光谱的所述通道j的值。
10.如权利要求I至9中任一项所述的方法，其特征在于，Stq(k)是从迭加方程式FEi,Ej的反函数所决定的。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，包含通过模拟或实验的方程式FEi,w( A t)的估计。
12.如权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述方程式FE_(At)是通过能量的递减仿射方程式而被估计。
13.如权利要求I至12中任一项所述的方法，其特征在于，8ty(k)是常数。
14.如权利要求I至13中任一项所述的方法，其特征在于，所述测量光谱在光子流率少于IO8光子/画素/秒的情况下被获得。
15.一种用以校准X射线测量光谱的装置，其特征在于，其包含若干个通道Ne，每个通道i对应Ei与Ei+AEi之间的能量范围，其包含 -决定方程式Stq(k)，所述方程式Stq(k)决定分离与能量Ei及&的两交互作用的时间偏移At区间的大小，所述两交互作用的迭加产生侦测能量值Ek的元件； -从所述方程式S ti, j (k)，决定对应能量Ei及的分别两交互作用的迭加，在通道k内被计数的事件的概率方程式Pu (k)的元件； -从所述概率方程式Pu (k)，决定迭加光谱(Emp)，所述迭加光谱(Emp)为仅单独对应所述迭加的测量光谱(Spni6s)的部分的元件(12)； -通过所述测量光谱(SpmJ及所述迭加光谱(Emp)的差值，计算或估计至少一第一校准光谱(Spcot)的元件(12)。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述迭加光谱是从所述测量光谱(SpmJ以及系统的曝照时间OrailJ及死时间(TdJ资料被计算得到，低于分离两个光子的最短期间中，具有所述两个光子的迭加且所述两个光子中仅有一个光子被侦测到是。
17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，包含通过模拟以决定所述死时间的元件。
18.如权利要求15至17中任一项所述的装置，其特征在于，其特征在于，包含Nit(Nit^I)校准光谱(Spcotw)的计算是通过所述测量光谱及所述迭加光谱(Emp)的差值，从依序的校准光谱(Spc^lri))或假使没有先前校准光谱则从所述测量光谱得到。
19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，包含进行以下步骤的元件，迭代Nit次数，其中NitIl -计算平均迭加概率，作为所述先前校准光谱Sp-^)、或假使没有所述先前校准光谱则为所述测量光谱，以及曝照时间OrarJ及死时间(Tdead)资料的功能；-估计迭加光谱(Emp)，作为所述先前校准光谱、或假使没有所述先前校准光谱则为所述测量光谱，以及所述曝照时间(T6XP。)的功能；以及 -计算校准光谱，使用所述测量光谱(Spdms)及估计后的所述迭加光谱(Emp)之间的差值。
20.如权利要求19所述的装置，其特征在于，包含用下列方程式以计算所述平均迭加概率的元件，下列方程式为
21.如权利要求15至20中任一项所述的装置，其特征在于，包含用下列方程式以计算所述迭加光谱的元件，下列方程式为
22.如权利要求21所述的装置，其特征在于，包含用下列方程式以计算所述迭加光谱的元件，下列方程式为
23.如权利要求15至22中任一项所述的装置，其特征在于，所述方程式Sti，j(k)是以迭加方程式FEi,w(At)的反函数被决定，后者与带有能量(Ei, Ep及所述能量是被测量以作为在一对光子的到达时刻的所述偏移△ t之间的一对电子相关，以符合下列方程式 5 ti,j (k) = FEiEf1 (Ek+1) -FEiEJ_1 (Ek)。
24.如权利要求23所述的装置，其特征在于，包含通过模拟用以估计所述方程式FEi,Ej(At)的元件。
25.如权利要求23或24所述的装置，其特征在于，所述方程式FE_(At)是通过能量的递减仿射方程式而被估计。
26.一种光谱装置，其特征在于，其包含 -福射传感器⑵； -用以处理信号的电子元件(4、6、8、10)，所述信号是从所述传感器而来，并形成与所述传感器相互联系的幅射光谱； -根据权利要求15至25中任一项用以校准测量X射线光谱的装置。
全文摘要
本发明揭露一种用以校准X射线的测量光谱(Spmes)的方法，其特征在于，根据若干个通道Nc、每个通道i对应Ei与Ei+ΔEi之间的能量范围，所述方法包含决定方程式δti，j(k)，所述方程式δti，j(k)决定分离与能量Ei及Ej的两交互作用的时间偏移Δt区间的大小，两交互作用的迭加，产生可被侦测能量值Ek；从方程式δti，j(k)，对应能量Ei及Ej的分别两交互作用的迭加，在通道k内被计数的事件的所述概率方程式Pi，j(k)；从概率方程式Pi，j(k)，决定迭加光谱(Emp)，迭加光谱为仅单独对应迭加的测量光谱(Spmes)的部分；以及通过测量光谱(Spmes)及迭加光谱(Emp)的差值，计算或估计至少一第一校准光谱(Spcor)。
文档编号G01T1/17GK102713678SQ201080061692
公开日2012年10月3日 申请日期2010年11月30日 优先权日2009年11月30日
发明者安德烈·布莱姆比拉, 尚·瑞科, 尚马克·鼎田, 弗罗伦特·穆盖尔 申请人:法国原子能与替代能委员会