JP2012513020A - 位置分解測定機器に入射する量子ビームの空間座標を取得する位置分解測定機器とその方法 - Google Patents
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- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
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- G01T1/16—Measuring radiation intensity
- G01T1/28—Measuring radiation intensity with secondary-emission detectors
Abstract
Description
x=(qrt+qrb−qlt−qlb)/qΣ、
y=(qrt+qlt−qlb−qrb)/qΣ、
ここで、qΣ=qrt+qrb+qlt+qlb(つまり全体で測定された電荷)
i) 既知の空間座標から検出器に対して照射し、
ii) 生じた検出器の応答を測定し、
iii) 検出器の応答と照射の既知の空間座標とを保存し、
iv) 上記の工程i)〜iii)を別々の空間座標に対して繰り返し、照射空間をサンプリングし、
v) 測定された検出器の応答を入力として人工ニューラルネットワーク構造に送り、
vi) 初期照射の空間座標に対応した人工ニューラルネットワーク構造の生じた出力を計算し、
vii) 既知の照射用初期空間座標と、空間座標を示す人工ニューラルネットワーク構造の現在の出力との差異の関数を計算し、
viii)差異の関数を最小化するために人工ニューラルネットワーク構造のパラメータを変更し、
ix) 計算した差異の関数が特定の閾値よりも低い場合にはトレーニング処理を停止し、そうでなければ工程v)に戻る
工程を備える。
i) 既知の空間座標から検出器に対して照射し、
ii) 生じた検出器の応答を測定し、
iii) 検出器の応答と照射の既知の空間座標とを保存し、
iv) 上記の工程i)〜iii)を別々の空間座標に対して繰り返し、照射空間をサンプリングし、
v) 測定された検出器の応答を入力として人工ニューラルネットワーク構造(7)に送り、
vi) 初期照射の空間座標に対応した人工ニューラルネットワーク構造の生じた出力を計算し、
vii) 既知の照射用初期空間座標と、空間座標を示す人工ニューラルネットワーク構造の現在の出力との差異の関数を計算し、
viii)差異の関数を最小化するために人工ニューラルネットワーク構造のパラメータを変更し、
ix) 計算した差異の関数が特定の閾値よりも低い場合にはトレーニング処理を停止し、そうでなければ工程v)に戻る。
・放射線源のアレイの単一の放射線源を始動して放射線を放出させる。
・検出器の応答を計測する。
・照射の位置と対応する検出器の応答を保存する。
1.変数Mx、Myをゼロにする。
2.LEDマトリックス6の行と列を無作為に選び、ダイオードの座標を行と列の番号を示す変数txとtyとに保存をする。
3.点(tx,ty)と点(Mx,My)との間の距離をチェックする。もし距離が全面積直径の1/4より小さければ、工程2に戻る(この工程は、前回のなだれが放出された後の回復時間中にMCPチャネル内部の電子が不足する影響を取り除く)。
4.txをMxへ保存し、tyをMyへ保存する。
5.電流パルスを送信して、それぞれのダイオードに光を放出させる。
7.時間間隔が終わった後、検出器の電子モジュールからのデータをコンピュータが受け取ることを禁止する。
8.待機時間中に登録された光子の数をチェックして、イベントがなければ、工程2に進み、記録されたイベントが1回より多くあったならば、それらを消して工程2に戻る。
9.マトリックスにおけるLEDの行と列番号とともに、測定された検出器の応答を保存する。
10.収集されたイベントの数がさらなる処理と分析に対して十分であるか確認する。十分でない場合、工程2に戻る。そうでなければプログラムを終了する。
キャリブレーション工程で得られたデータセットは、入射粒子空間の(x,y)位置の検出器アノードシステムの複数次元読取り空間へのマッピング(mapping)の点の集合である。すなわち、検出器は点励起への反応を計算する計算装置として扱われる。
q=Q(x)、
そして関数Fにより位置が計算される。
x=F(q)
ここで、qはベクトルxの位置における点励起の検出器の応答読取りシステムのベクトルである。関数Qは、検出器で計算される関数であり、Fは既知の検出器の応答からの入射粒子の初期位置を再び取得するために計算される関数である。すなわち、手順全体の目的はQの逆関数を作ることである。
x=F(p,q)
ここで、pは、完全なシステムとしての具体的な検出器インスタンスの個別の属性を含むパラメータベクトルであり、MCP増幅率、増幅器とアノードとの間の電界の差異による異なる電子雲フットプリント、読取り処理やADC変換、直接読取り回路・アノードの組み合わせの特性を含む。
ここで、合計はI=1、nで行われる。nは前の層における神経の数、「x」は神経入力のn次元のベクトル、「w」はいわゆる重みベクトル又は神経のパラメータベクトル、bはバイアス又は神経へのオフセットを意味する。関数「f()」は伝達関数と呼ばれる。伝達関数として一般的に使われる多数の関数が存在する。
双曲線正接 f(x)=(ex−e−x)/(ex+e−x)
シグモイド関数 f(x)=1/(1+e−x)
線形関数 f(x)= x
飽和線形関数
y=f(WX+b)、
ここで、Wはnxm要素のサイズの重みマトリックスであり、n行からなる。Xは前の層からの出力値のm次元のベクトルであり、bは層バイアスのn次元のベクトル、yは層のn次元の出力ベクトルである。関数Fはベクトルの個別の要素それぞれに対して計算されることを意図している。
y=fn(Wn...f3(W3f2(f1(W1X+b1)+b2)+b3))
ここで、Xはネットワーク入力ベクトルであり、Wiはi番目の層の入力重みマトリックスであり、fiは層「i」の伝達関数である。よって、ニューラルネットワーク出力関数は層伝達関数の入れ子関数であり、連続関数を適用するのに大きな自由度をもたらしている。
E=Σ(yi−ti)2
ここで、yiはネットワークの出力値であり、つまり1つのネットワーク出力ノードの出力値である。tiは目標ベクトルの成分である。ネットワークの構造により、異なった最小化アルゴリズムを使うことができる。また、最小化される異なる費用関数も使ってもより。
ニューラルネットワークトレーニングの例を、4分割アノードの画質を向上させることができる拡張4分割アノード検出器システムを参照して説明する。
・すべての材料は単一光子レベルで反射する。後に検出器で登録される入射光子を反射する可能性はゼロではない。このため、視野において均一なバックグラウンドノイズがもたらされる。
・対物レンズ内での反射。
1)それぞれの校正点の誤差が、アナログ電子回路処理パイプラインノイズやADCビット幅などで制限される検出器の物理的分解能より低くなる時。さらにトレーニングをしても測定ノイズが変化するよりも大きく出力を変化させられないのであれば、トレーニングが止められる。
2)勾配が特定の値未満である時。通常は、この値は処理装置の計算誤差の倍数に関連している。
さらに、減結合された複数分割アノードも採用してもよい。米国特許第5,686,721号公報は高真空内部検出器部から読取りアノードシステムを隔離する方法を示している。なだれの電荷は検出器の外の抵抗層の外側面上で直接測定される。これにより簡単にFSA構造を接合することができる。
Claims (23)
- 位置分解測定機器への量子ビームの照射位置を示す位置情報を取得するための位置分解測定機器であって、
位置感知検出器(1)と、
照射源(6)と、
前記照射源(6)による照射によって発生した前記検出器(1)の応答を測定する手段と、
人工ニューラルネットワーク構造(7)を備え、
前記人工ニューラルネットワーク構造(7)は、測定された前記検出器の前記応答が前記人工ニューラルネットワーク構造(7)への入力であり、かつ照射の初期空間座標が前記人工ニューラルネットワーク構造(7)の出力であるように設けられることを特徴とする位置分解測定機器。 - 請求項1に記載の位置分解測定機器であって、前記照射源(6)は、電磁放射源又は粒子源である位置分解測定機器。
- 請求項1に記載の位置分解測定機器であって、前記位置感知検出器(1)は、
増幅装置(4)と、
照射の方向に対して前記増幅装置(4)の後方に設置された位置感応アノード(2、102)を備える位置分解測定機器。 - 請求項3に記載の位置分解測定機器であって、前記増幅装置(4)は、電子増倍装置(例えば、少なくとも1つのマイクロチャネルプレートMCP、又は少なくとも1つのマイクロスフェアプレート、又は少なくとも1つのマイクロガス増幅装置)を備える位置分解測定機器。
- 請求項3に記載の位置分解測定機器であって、前記位置感応アノード(2)は、少なくとも2つの空間分割電極(5)を備える位置分解測定機器。
- 請求項1〜5の何れか1つに記載の位置分解測定機器であって、前記位置感知検出器(1)は、時間ベース又は電荷ベースの検出器(1)である位置分解測定機器。
- 請求項7に記載の位置分解測定機器であって、時間ベース位置感知検出器(1)は、遅延線検出器、又は遅延線関連の検出器であり、電荷ベース検出器は、密度勾配アノード検出器、又は抵抗性アノード検出器、又はマルチ電極アノード検出器である位置分解測定機器。
- 請求項3に記載の位置分解測定機器であって、前記増幅装置(4)は、
検出器入力面(137)と前記アノード(102)との間に備えられた第1電子増倍カスケード(131a)として実現され、前記第1電子増倍カスケード(131a)は、積層して配置された少なくとも1つの電子増倍装置(104)を備え、前記第1電子増倍カスケード(131a)と前記少なくとも1つの電子増倍装置(104)は、それぞれ入力面と出力面とを有しており、前記第1電子増倍カスケード(131a)は、それ自身の入力面に入射する量子ビームを増倍するように構成され、
さらに、前記検出器は、
前記検出器に入射する量子ビーム(101)を伝達する前記検出器入力面(137)と、
前記第1電子増倍カスケード(131a)の前記入力面と前記出力面との間に電位勾配を与える高電圧供給器と、
前記検出器に入射する前記量子ビームの検出のタイミングを測定するために、検出タイミングパルスを測定する手段(140)とを備えており、
前記検出タイミングパルスを測定する手段(140)は、前記第1電子増倍カスケード(131a)の前記少なくとも1つの電子増倍装置(104)のうちの1つの入力面(107)に接続されており、
前記第1電子増倍カスケード(131a)の前記少なくとも1つの電子増倍装置(104)のうちの1つの出力面(108)は、接地電位に接続されており、前記出力面(108)は、前記検出タイミングパルスを測定する手段(140)に接続された前記入力面(107)と前記アノード(102)との間に配置される位置分解測定機器。 - 請求項8に記載の位置分解測定機器であって、前記第1電子増倍カスケード(131a)の前記少なくとも1つの電子増倍装置(104)は、マイクロチャネルプレート、又はマイクロスフェアプレートとして実現される位置分解測定機器。
- 請求項8又は9に記載の位置分解測定機器であって、前記検出タイミングパルスを測定する手段(140)に接続された前記入力面(107)と接地電位に接続された前記出力面(108)とは、前記第1電子増倍カスケード(131a)の単一の電子増倍装置(104)の入力面及び出力面として実現される位置分解測定機器。
- 請求項8〜10の何れか1つに記載の位置分解測定機器であって、前記第1電子増倍カスケード(131a)は、積層して配置された少なくとも2つの電子増倍装置(104)を備え、前記検出タイミングパルスを測定する手段(140)に接続された前記入力面(107)と接地電位に接続された前記出力面(108)とは、前記第1電子増倍カスケード(131a)の別々の電子増倍装置(104)の入力面及び出力面として実現される位置分解測定機器。
- 請求項8〜11の何れか1つに記載の位置分解測定機器であって、少なくとも1つの第2電子増倍カスケード(131b)は、前記検出器入力面(137)と前記第1電子増倍カスケード(131a)との間に配置され、及び/又は、少なくとも1つの第3電子増倍カスケード(131c)は、前記第1電子増倍カスケード(131a)と前記アノード(102)との間に配置される位置分解測定機器。
- 請求項8〜12の何れか1つに記載の位置分解測定機器であって、前記第1電子増倍カスケード(131a)の前記少なくとも1つの電子増倍装置(104)のうちの1つの前記出力面(108)は、高周波コンデンサ(106)を介して接地電位に接続される位置分解測定機器。
- 請求項1〜13の何れか1つに記載の位置分解測定機器であって、前記人工ニューラルネットワーク構造(7)の入力ノード数は別々の空間分割陽電極(5)の数と等しく、出力ノード数は初期照射点の別々の空間座標の数と等しい位置分解測定機器。
- 請求項1〜14の何れか1つに記載の位置分解測定機器であって、前記人工ニューラルネットワーク構造(7)は、フィードフォワードニューラルネットワークとして実現され、前記人工ニューラルネットワーク構造(7)の伝達関数F(pi,q)は、非線形ベクトル関数fの入れ子関数であり、piは、ニューラルネットワークパラメータベクトルであり、qは、k番目の検出器出力の測定された値に対する前記検出器の応答を要素として有するベクトルであり、F(pi,qk)=f1(p1、f2(...(fn−1(pn−1,(fn(pn,qk)))である位置分解測定機器。
- 請求項1に記載の位置分解測定機器に入射する量子ビームの位置情報を取得するための方法であって、
既知の初期照射位置に基づく検出器の応答を前記人工ニューラルネットワーク構造(7)に入力として送り、前記人工ニューラルネットワーク構造(7)が照射の初期位置を前記人工ニューラルネットワーク構造(7)の出力として所定の精度で推定できるまで前記人工ニューラルネットワーク(7)のパラメータを最適化することで、前記検出器(1)上の照射位置の空間座標を推定するように前記人工ニューラルネットワーク構造(7)をトレーニングし、
前記照射源(6)によって前記検出器(1)に対して照射し、
照射源(6)に照射された時の前記検出器(1)の応答を測定し、
測定された前記検出器の前記応答を、入力として、トレーニングされた前記人工ニューラルネットワーク構造(7)に入力し、
初期照射の空間座標の推定値に対応した前記人工ニューラルネットワーク構造(7)の出力を計算することを備える方法。 - 請求項1に記載の方法であって、前記検出器(1)の初期照射の前記空間座標を推定するための前記人工ニューラルネットワーク構造(7)の前記トレーニング工程は、
i) 既知の空間座標から前記検出器(1)に対して照射し、
ii) 生じた前記検出器の応答を測定し、
iii) 前記検出器の前記応答と照射の前記既知の空間座標とを保存し、
iv) 前記上記の工程i)〜iii)を別々の空間座標に対して繰り返し、照射空間をサンプリングし、
v) 測定された前記検出器の前記応答を入力として前記人工ニューラルネットワーク構造(7)に送り、
vi) 初期照射の前記空間座標に対応した前記人工ニューラルネットワーク構造(7)の生じた出力を計算し、
vii) 前記既知の照射用初期空間座標と、空間座標を示す前記人工ニューラルネットワーク構造(7)の現在の出力との差異の関数を計算し、
viii)前記差異の関数を最小化するために前記人工ニューラルネットワーク構造(7)の前記パラメータを変更し、
ix) 前記計算した差異の関数が特定の閾値よりも低い場合には前記トレーニング処理を停止し、そうでなければ工程v)に戻る
工程を備える方法。 - 請求項11又は12に記載の方法であって、前記位置感知検出器(1)が電荷ベースの検出器である場合、前記検出器の応答は測定された電荷に関連し、前記位置感知検出器(1)が時間ベースの検出器である場合、前記検出器の応答は測定された時間に関連し、前記位置感知検出器(1)が抵抗性アノード検出器である場合、前記検出器の応答は測定された電流に関連する方法。
- 請求項11〜13の何れか1つに記載の方法であって、前記位置感知検出器(1)は、
増幅装置(4)と、
照射の方向に対して前記増幅装置(4)の後方に配置された位置感応アノードと、
を備える方法。 - 請求項14に記載の方法であって、前記増幅装置(4)は、電子増倍装置(例えば、少なくとも1つのマイクロチャネルプレートMCP、又は少なくとも1つのマイクロスフェアプレート、又は少なくとも1つのマイクロガス増幅装置)である方法。
- 請求項14に記載の方法であって、前記位置感応アノードは、少なくとも2つの空間分割電極(5)である方法。
- 請求項16に記載の方法であって、前記検出器(1)の前記応答は、それぞれのアノード電極(5)に対する前記応答を要素として有するベクトルであり、アノード電極(5)への測定された前記応答を示すそれぞれのベクトル要素は、前記人工ニューラルネットワーク構造(7)の別々の入力ノードへの入力である方法。
- 前記請求項16〜22の何れか1つに記載の方法であって、前記検出器は、
前記検出器へ入射する量子ビーム(101)を伝達する検出器入力面(137)と、
アノード(102)と、
前記検出器入力面(137)と前記アノード(102)との間に配置されて、積層して配置される少なくとも1つの電子増倍装置(104)を備える第1電子増倍カスケード(131a)であり、前記第1電子増倍カスケード(131a)と前記少なくとも1つの電子増倍装置(104)はそれぞれが入力面と出力面を備え、それ自身の入力面に入射する量子ビームを増倍するよう構成された第1電子増倍カスケード(131a)と、
前記第1電子増倍カスケード(131a)の前記入力面と前記出力面との間の電位勾配を与える高電圧供給器と、
前記検出器に入射する前記量子ビームの検出のタイミング計測のための検出タイミングパルスを測定する手段(140)とを備え、
前記方法は、
前記検出タイミングパルスを測定する手段(140)を、前記第1電子増倍カスケード(131a)の前記少なくとも1つの電子増倍装置(104)のうちの1つの入力面(107)に接続し、
前記第1電子増倍カスケード(131a)の前記少なくとも1つの電子増倍装置(104)のうちの1つの出力面(108)を接地電位に接続し、前記出力面(108)を前記前記検出タイミングパルスを測定する手段(140)に接続された前記入力面(107)と前記アノード(102)との間に配置してタイミング信号を取得する工程をさらに有する方法。
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