JP7312766B2 - 放射パルス検出器の入力カウントレート推定 - Google Patents

Description

本発明は、放射パルス検出器における入力カウントレートの推定に関する。本発明は、光子、亜原子粒子、イオン、原子などの量子力学粒子を検出するように設計された粒子検出器、又は、地震波ＳＯＮＡＲ、ＳＯＤＡＲ、超音波若しくは他の材料振動又は古典的レーダー若しくはＬｉＤＡＲを含む光パルスなどの古典的放射パルスを検出するように設計された検出器を含む、任意の種類の及び任意のエネルギーの放射エネルギーのパルス（「放射パルス」）を検出するように設計された検出器に適用することができる。

放射パルス検出器が本発明から利益を得るアプリケーションは、セキュリティスキャン、荷物スキャン、医学画像、材料分析、気象検知、ミネラル処理、ミネラル分析、反射地震学およびＤＮＡ塩基配列決定を含むが、これに限定されるものではない。本出願人の先の特許出願は、本発明に適用可能な放射パルス検出器の種々の用途を記載しており、より詳細には、国際特許出願ＰＣＴ／ＡＵ２００５／００１４２３、ＰＣＴ／ＡＵ２００９／０００３９５、ＰＣＴ／ＡＵ２００９／００１６４８、ＰＣＴ／ＡＵ２０１２／０００６７８、ＰＣＴ／ＡＵ２０１４／０５０４２０、ＰＣＴ／ＡＵ２０１７／０５０５１４及びＰＣＴ／ＡＵ２０１７／０５０５１２の公報に記載されており、本発明の残りの実施形態が適切なソフトウェアで実施され得る用途及び装置の例として、そのそれぞれの内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。したがって、本発明は、本発明の方法で適切にプログラムされたそのような装置、及び上記の国際特許出願に記載されたそれらの装置の用途にまで及ぶ。

放射パルス検出器では、個別放射パルスが検出器に入射し、個別信号パルス（individual signal pulses）を生成する。通常、粒子検出器の場合、個別信号パルスは、検出器材料上に衝突する放射粒子に応答して光子のカスケードから生じる電気信号である。放射の強度に依存して、単位時間当たりに、検出器に入射して検出器材料と相互作用する放射パルスの数が変化する。このパラメータは、入力カウントレートと称され、用途に依存する理由のために測定することが重要である。対照的に、出力カウントレートは、検出回路によって実際に検出される放射パルスの数であり、一般に、以下で論じる種々の理由のために、入力カウントレートよりも小さい。入力カウントレートを推定することは、正確な定量的な放射検出において重要であり、放射強度の信頼できる表現を可能にする。例えば、放射イメージングにおいて、各ピクセルは、個々の放射パルス（量子粒子など）の入射束である強度によって表される。材料特性評価装置では、測定された放射特性によって同定された鉱物又は他の成分の濃度を正規化するために入力カウントレートが必要である。Ｘ線回折応用において、回折リングの強度の正確な測定は、試験中の材料の構造を特徴付ける上で重要である。

放射粒子検出器では、個別信号パルスは、ランプ信号をパルス信号に変換するなどの電子的な前処理を通過することがあり、そのため、アナログ及びデジタルのステージ又は成分を含むことができる。

各個別信号パルスは有限の持続時間を有し、各個別信号パルスの到着時間はランダムかつ独立であるので、複数の個別信号パルスがその有限の持続時間内に検出器に到着することができ、その結果、２つ以上の、接近して到着する個別信号パルスの重畳によって信号が引き起こされる「パルスパイルアップ（pulse pileup）」が生じることが一般的である。非常に高い放射束において、又は長い個別信号パルス持続時間を有する検出器においては、集合検出器信号は、ベースラインレベルを連続的に上回り得る。

パルスパイルアップ自体は、多重にオーバーラップするパルスの識別を妨げず、したがって、パイルアップされた信号内の多重の個別信号パルス到着の検出もまた可能である。パイルアップされた信号内のいくつかの又は多数の個別信号パルスを確実にカウントするために、多くの信号処理技術が存在する。単純な技術は、各パルスの開始を規定する閾値を超える信号の急激な増加を検出することにより、各個別信号パルス到着を検出するための時間微分（temporal differentiation）を含み得る。各パルスのエネルギーが分解される必要がある場合には、より複雑な技術が必要とされる。例えば、本出願人は、いくつかのかかる技術を発明したが、その大部分は、個別パルスの測定された又は仮定されたパルス形状、及び個別パルスを分離して到着時間及びエネルギー（振幅）を各個別パルスに割り当てるための数学的技術に依拠している。

本出願人の個別信号パルス識別技術は、公開された国際特許出願ＰＣＴ／ＡＵ２００５／００１４２３、ＰＣＴ／ＡＵ２００９／０００３９５、ＰＣＴ／ＡＵ２００９／００１６４８、ＰＣＴ／ＡＵ２０１２／０００６７８、ＰＣＴ／ＡＵ２０１４／０５０４２０において、より詳細に記載されており、これは上記の参照により組み込まれている。

パイルアップ信号において多くの個別信号パルスを分離することが可能であるという事実にもかかわらず、たとえ高度なアルゴリズムを用いたとしても、個別信号パルスが時には事実上同時に到着し、したがって、エネルギーＥ_１の個別信号パルス及びエネルギーＥ_２の個別信号パルスからなる個別信号パルスの和によって形成されるパルス波形は、約Ｅ_１＋Ｅ_２のエネルギーの単一の個別信号パルスからなる個別信号パルスと区別することができないことは避けられない。

さらに、いくつかの粒子検出器における粒子検出の物理学は、より一般的には、各検出事象の後に感度がゼロ又は低下した期間を含むことができ、それにより、感度がゼロ又は低下した期間内に到着する後続の粒子到着は、期待される個別信号パルスを生成することができないか又は少ししか生成することができない。

高カウントレートでは、カウント間の平均インターバルが減少するほど、検出されない個別信号パルス到着の数は増加し、秒ごとに到着する検出される個別信号パルス到着の数は、ますます、実際の入力カウントレートの過少評価になる。

入力カウントレートの逆数は、個別信号パルス到着μ間の平均時間であり、これは、検出される個別信号パルス到着間の平均時間によって過大評価される。

図１を参照すると、６つの個別信号パルス１０１～１０６が、異なる時間に到着することが示されている。パルス１０４及び１０５は、近接して間隔を置かれてオーバーラップし、パイルアップ信号１１０を形成し、この実施例では、別個の個別信号パルス到着として検出されるには近接しすぎて間隔を置かれていると仮定されている。したがって、検出到着時間は、ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３，ｔ_４，ｔ_５である。

測定期間Ｔ中に検出された個別信号パルス到着の総数は、Ｎであり、到着時間ｔ_１・・・ｔ_Ｎを有し、Ｔ＝ｔ_Ｎ－Ｔ_１である、と考える。検出された個別信号パルス到着間の平均時間は、すると、

であり、ここで、ｙ_ｎ＝ｔ_ｎ－ｔ_ｎ－１は隣り合う到着間の間隔であり、Ｔ／Ｎと評価する。これは、μの過大評価であり、入力カウントレート１／μの過小評価である。なぜなら、検出された個別信号パルス到着の総数Ｎは、個別信号パルス到着の実際の総数Ｎｐを過小評価しており、μ＝Ｔ／Ｎ_ｐだからである。

「デッドタイム補正問題（dead time correction problem）」と称されることもある、この問題に対する従来のアプローチは、検出器が他のパルスを完全に検出又は識別することができないと仮定される、各パルス検出後の一定の時間期間に対応する「デッドタイム」Ｔ_ｄｅａｄと称されるパラメータを推定し、検出された各パルスの後のデッドタイムの量についてクロックを効果的に停止させることである。これは、検出されたパルスの数をかけたデッドタイムによって期間Ｔを下方に調整し、補正された期間Ｔ_ｃｏｒｒにする。このアプローチの問題点は、デッドタイムの概念が単純であることであり、アプローチを改善しようとする従来の試みは、デッドタイムのより良いモデル化によるデッドタイム概念の高度化（increased sophistication）に焦点を当ててきており、式μ＝Ｔ_ｃｏｒｒ／Ｎの期間の下方調整を改善している。

本発明の目的は、代替的アプローチによる入力カウントレート推定の改善された方法を提供することである。本発明者らは、代わりに、検出されたカウントのＮ個全てを入力カウントレートの計算に使用することを可能にしない方法に焦点を当てることによって、「デッドタイム」のより良いモデリングの必要性を回避する方法を開発した。

バラート（Barat）による米国特許第７，７２８，３０７号（第８欄、第１３－２９行）は、個別信号パルスのクラスタ間において検出器信号がベースラインにある期間にのみ焦点を当てることにより、入力カウントレートを推定する方法を開示しており、クラスタは、検出器信号がベースラインよりも高い連続期間として定義されている。バラートの方法は、各クラスタ内の潜在的な複数の個別信号パルス到着を検出するためにパルス識別アルゴリズムを使用する試みの前に、予備段階として実行される。バラートは、個別信号パルスのあるクラスタの終端と、次のクラスタの始端との間の時間期間であって、その間の信号がベースライン以下であるものは、クラスタ間の全ての間隔の平均としての入力カウントレートの計算を可能にするポアソン過程である、と述べている。しかしながら、この方法は、パルスが常にパイルアップされている場合には、信号がベースラインまで減少することがないため、高いカウントレートでは使用できない。さらに、検出器信号は周期的にベースラインに下降するが、各クラスタ内に多数の個別信号パルス到着がある中程度のカウントレートでは、ほとんどの受信カウントは不必要に拒絶され、入力カウントレートを測定するにつれて検出器の感度は著しく損なわれ、動的に変化する束の環境では利用できない可能性がある、不所望な拡大されたカウント時間を必要とする。

本発明は、高い検出器感度を維持しながら、デッドタイムの詳細なモデリングなしに、カウントレートのバイアスされない測定（unbiased measurement）を可能にする。

米国特許第７，７２８，３０７号

各放射パルス到着は、過去の到着履歴に関係なく、単位時間当たり一定の到着確率を有する、他のすべての放射パルス到着から独立したランダムな事象である。これは、上記のバラート文献のように個別信号パルスの各クラスタの終端から次の始端までの間、又は、上述したような現在のカウントレート推定方法のように単に１つの到着から次の到着までの間だけでなく、任意の時間から次の到着までの間隔について、平均μのポアソン分布を生じさせる。

本発明は、検出された一連の個別パルス到着時間から信頼可能な間隔のみを選択的に含むように開始時間の任意性を活用することによって機能する。各検出された個別信号パルスの到着ｔ_{（ｎ－１）}をナイーブ法の開始時間として、あるいは各クラスタの終端をバラート法の開始時間として用いるのではなく、ｓ_ｋで表される任意の開始時間を選択することができる。かかる開始時間を使用して計算された間隔は、各選択された開始時間ｓ_ｋが、最新の個別信号パルス到着後に少なくとも最小限の信頼できる検出ギャップにある限り、バイアスされない。最小信頼可能検出ギャップ（minimum reliable detection gap）は、必要に応じて、本明細書に開示されている方法によって特定されることができる。このようにして選択された開始時間ｓ_ｋでは、ｓ_ｋ後の次の個別信号パルス到着が、ｔ_ｋにおいて検出された場合、これがスタート時間ｓ_ｋ以降の最初の個別信号パルス到着であり、その間に検出されない到着がないことを、常に確信することができる。その後、このプロセスを繰り返し、任意の以前検出された個別信号パルス到着後の少なくとも最小検出間隔である、ｔ_ｋ後の次の開始時間ｓ_{（ｋ＋１）}を選択し、ｔ_{（ｋ＋１）}－ｓ_{（ｋ＋１）}を記録する。したがって、一連の取得された値ｔ_ｋ－ｓ_ｋの平均は、μのバイアスされない推定量である。なぜなら、それらの間隔内に検出されない到着がないからであり、したがって、その逆数は、入力カウントレート１／μのバイアスされない推定量である。したがって、実際の次の個別信号パルス到着までの時間を表す信頼できる間隔であり、隠された追加の個別信号パルス到着を含まない平均間隔の計算に含めるために、開始時間及び検出された個別信号パルス到着が選択的に選択される。

本発明の第１の広義の態様において、
放射パルス検出器の入力カウントレートを測定する方法であって、
（１）放射源からの放射パルスを検出器において受信するステップと、
（２）受信された各放射パルスからの個別信号パルスの集合を含む、前記検出器からの検出器信号を受信するステップと、
（３）検出方法を用い、検出器信号内の個別信号パルスを検出し、対応する検出された個別信号パルス到着時間を特定するステップであって、その中のいくつかは最小信頼可能検出ギャップ未満で分離されている、ステップと、
（４）複数の間隔開始時間を画定するステップであって、そのうちの各隣り合う対は、検出された個別信号パルス到着時間のうちの少なくとも１つが挿入されており、各間隔開始時間は、少なくとも最小信頼可能検出ギャップだけ、対応する最新の検出された個別信号パルスよりも後に発生する、ステップと、
（５）各間隔開始時間と対応する次の検出された個別信号パルス到着時間との間の対応する複数の個別信号パルス到着間隔を算出するステップと、
（６）個別信号パルス到着間隔に基づいて入力カウントレートパラメータを計算するステップと、
を含み、
最小信頼可能検出ギャップは、検出されない個別信号パルス到着が各個別各信号パルス到着間隔内で発生することを除外する最小の期間である、方法が提供される。

本発明の第２の広義の態様によれば、
放射パルス検出器の入力カウントレートを測定する方法であって、
（１）放射源からの放射パルスを検出器において受信するステップと、
（２）受信された各放射パルスからの個別信号パルスの集合を含む、前記検出器からの検出器信号を受信するステップと、
（３）検検出器信号内の個別信号パルスを検出し、対応する検出された個別信号パルス到着時間を特定するステップであって、そのうちのいくつかは、最小信頼可能検出ギャップ未満によって分離されている、ステップと、
（４）特定の検出ギャップよりもよりも大きな、隣り合う検出された個別信号パルス到着時間の間の選択された間隔のみに基づいて、特定の検出ギャップよりも大きな範囲で、入力カウントレートパラメータを計算するステップであって、特定の検出ギャップは最小信頼可能検出ギャップよりも大きく、最小信頼可能検出ギャップは、検出されない個別信号パルスの到着が各個別信号パルス到着間隔内で発生することを除外する最小の期間である、ステップと、を含む方法が提供される。

本発明の第３の広義の態様によれば、
放射パルス検出器の入力カウントレートを推定する方法であって、
（１）放射源からの放射パルスをキャリブレーション期間にわたって検出器において受信するステップであって、単位時間当たりに受信された放射パルスはキャリブレーション期間中に入力カウントレートを画定する、ステップと、
（２）受信された各放射パルスからの個別信号パルスの集合を含む、検出器からの検出器信号をキャリブレーション期間にわたって測定するステップと、
を含み、
（Ａ）キャリブレーションモードにおいて、
（３）キャリブレーション期間にわたってサンプリングされる検出器信号から派生するパラメータを算出するステップであって、パラメータは入力カウントレートの既知の関数である、ステップと、
（４）キャリブレーション入力カウントレートをキャリブレーション期間中に推定するステップであって、推定されるキャリブレーション入力カウントレートにおいて信頼可能であることが既知であるキャリブレーション期間にわたって、サンプリングされる検出器信号に適用される選択された入力カウントレート推定方法を用いる、ステップと、
（５）キャリブレーション期間にわたる算出パラメータ、前記キャリブレーション期間中の前記キャリブレーション入力カウントレート、及び既知の関数に基づいて、パラメータの測定を入力カウント値に関連づけるキャリブレーション関数を特定するステップと、
を含み、
（Ｂ）運転モードにおいて、
（６）測定期間にわたって検出器信号から派生するパラメータを算出するステップと、
（７）測定期間にわたって検出器信号から前記派生するパラメータに前記キャリブレーション関数を適用することによって前記測定期間中の入力カウントレートを推定するステップと、を含む方法が提供されている。

一実施形態において、入力カウントレートの既知の関数は、比例し、キャリブレーション関数であり、キャリブレーション関数を特定するステップは比例定数を特定するステップを含み、パラメータは、キャリブレーション又は測定期間にわたる検出器信号の平均サンプル値に基づき得る。

一実施形態において、選択された入力カウントレート推定方法は、請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の方法の１つである。

本発明のさらなる実施形態及び態様の特徴は、明細書及び添付の特許請求の範囲から確認することができる。

一実施形態による本発明の動作を表す、検出器信号波形の例を示す図である。 パルスパイルアップの対象となるいくつかのパルスの別の例示的な検出器信号波形を示す図である。 本発明の一実施形態の性能を示すデジタルシミュレーションを示す図である。

次に、本発明の実施形態を説明する。

上記の第１及び第２の態様に記載の、検出器信号中の個別信号パルスを検出するステップと、検出された個別信号パルス到着時間を特定するステップ（と、任意選択的に、対応する検出された個別信号パルスエネルギーを特定するステップ）とは、出願人が上述したもの及び将来的なかかる方法を含む、公知の任意の検出アルゴリズムによって実行され得、ここではさらなる説明の必要はない。以下では、検出された個別信号パルス到着時間ｔ_ｋのストリームが、そのようなパルス検出アルゴリズムから利用可能であると仮定する。

まず、図１を参照すると、本発明の実施形態は、最新の（most recent）検出された個別信号パルス到着後のギャップＧである開始時間ｓ_ｋの選択を利用する。ギャップＧは、最小信頼可能検出ギャップに近いが、より大きい一定値として選択される。全てのかかる利用可能な開始時刻ｓ_ｋの選択は、入力カウントレートを特定するための利用可能な信頼可能なカウントデータが最大化され、これは、

（式１）
として、平均間隔μの項で表され、ここで、Ｎ_Ｇはｙ_ｋ＞Ｇの基準を満たすサンプル数である。この量は、Ｇより大きい範囲（すなわち、ｙ_ｋ－Ｇ）で、Ｇより大きく、隣接して検出された個別信号パルス到着ｙ_ｋ間の全ての間隔の平均を効果的にとる。図１では、検出された５つの個別信号パルス到着時間の全てがシーケンスで使用されることが分かる。

上記の式１は、デジタルサンプリング間隔の不連続効果が有意でない連続量に対してのみ厳密に有効であり、これは、ギャップＧがデジタル時間サンプリング間隔Δの大きな倍数である場合、又は記録された到着時間ｔ_ｋがサブサンプル精度で計算される場合に生じるが、前者又は後者の場合は、上述された先行技術で既知の特定のパルス識別アルゴリズムに依存して適用される。デジタルサンプリング間隔の不連続効果が顕著な場合には、容易に特定される補正を適用しなければならない。例えば、記録された到着時間ｔ_ｋが最も近いデジタル時間サンプリング点に対してのみ算出される場合、帰納的推論は、実際には基準ｙ_ｋ＞Ｇが丸め誤差により、

であることを知らせるのでので、以下の補正された式が適用される：

（式２）

帰納的論証は、幾何学的微分（formal derivation）によって検証されることができる。

図２は、個別信号パルス到着が全て一緒にパイルアップされ、信号２００がベースラインに戻らない例である。これは、個別信号パルス到着が、ｔ_ｄにおいて検出されるか検出されないかの２つのシナリオにおいて考慮される。なぜなら、それは、２０１におけるわずかにゆがんだピークによって、及び到着検出アルゴリズムの精巧さに依存して、検出され得るか、されないかによってのみ、証明されるからである。また、Ｇはｔ_ｄ－ｔ_ｃよりもちょうど大きいと仮定する。和における最初の２つの項は、上記のアルゴリズムｔ_ｂ－ｔ_ａ－Ｇ及びｔ_ｃ－ｔ_ｂ－Ｇに従うであろう。個別信号パルス到着がｔ_ｄにおいて検出された場合、和における次の項は、ｔ_ｅ－ｔ_ｄ－Ｇになるであろう。和におけるこれらの項は、図２において、軸に沿ったハッチングされた部分として表され、対応して除外される時間期間は、検出された各個別信号パルス到着後の持続時間Ｇのブロックされた部分と共に示される。個別信号パルス到着が検出されない場合、和における次の項はｔ_ｅ－ｔ_ｃ－Ｇになるであろう。

上記の例では、いくつかの検出された個別信号パルス到着時間が和に現れない場合がある。なぜならば、それらが次の検出された個別信号パルス到着のＧの範囲内で生じるからである。これは、本発明の動作原理であり：検出されない個別信号パルスを隠す可能性のある信頼できない間隔を除外することである。原則として、Ｇに上限はないが、値が大きいほど、検出された個別信号パルス到着は拒否され、値がより長いほど、平均到着間隔の正確な評価に十分なサンプルの蓄積に時間がかかり、この平均到着間隔の標準誤差は、サンプル数の平方根に反比例する。従って、必要以上に高いＧは検出器の感度を効果的に低下させる。

計算において特定の検出された個別信号パルス到着時間を拒否することは、正確なデッドタイムを計算し、すべての利用可能な検出された個別信号パルス到着を使用することを試みる従来技術の方法と比較してロバストな性能を可能にする本発明の重要な利点である。

信号のデジタルシミュレーションは、本発明の実施を検証し、最適なＧ値を特定する機構を提供するために用いられることができる。図３は、シリコンドリフトダイオード（ＳＤＤ）検出器の典型的な放射線の個々のパルスから形成される検出器信号のデジタルシミュレーションの結果を、１，０００万カウント／秒までの実際の入力カウントレートの異なるシミュレーションで示している。各シミュレートされた実際の入力カウントレートにおいて、入力カウントレート推定アルゴリズムは、ギャップパラメータＧの異なる値を用いて実行された。使用した個別信号パルス検出アルゴリズムは、ＰＣＴ／ＡＵ２０１４／０５０４２０に開示されている方法であった。Ｇのゼロ値はナイーブ計算を表し、実際のカウントレートが上昇して、検出されない個別信号パルスの到着の割合が増加するにつれて、予想どおり、推定入力カウントレートがますます過小評価になることを示している。Ｇの値が増加するにつれ、百分率誤差は、１２０ｎｓの値になるまで減少し、誤差は、実質的に、１，０００万カウント／秒までの全ての実際のカウントレートにおいてゼロである。シミュレーションにおけるアナログ‐デジタルサンプリング速度は２５０ＭＨｚであったので、１２０ｎｓの値は３０サンプルを表す。より高いＧ値（図示せず）もまた、実質的にゼロ誤差率を示し、より多くの検出された到着が拒否されるにつれて、予想どおり、統計的精度に必要な時間が増加する。

したがって、シミュレーションは、特有の特定（particular specified）の検出ギャップが十分であるかどうかを知らせるために、及び特定の検出ギャップを変化させることによって、最小信頼可能検出ギャップの推定値を決定するために使用され得る。したがって、この実施例では、１２０ｎｓは、最小信頼可能検出ギャップの推定値である。

したがって、本発明による方法の特有の実装のシミュレーションは、必ずしも最小信頼性可能検出ギャップを決定することなく、実装が入力カウントレートのバイアスされない推定値を生成することを検証するためにも使用することができる。これは、入力カウントレートの所望の範囲にわたって方法を単にシミュレートし、推定カウントレートの誤差が所望の限界内にとどまることを検証することによって実行される。

実際のデータは、適切なＧ値を決定するための機構を提供するために使用することもできる。一つの技術は、全てが同じスペクトルを有するが異なるカウントレートを有するデータセットの集合を処理することである。かかるデータセットの収集は、同じ放射源を使用し、検出器からの異なる距離において放射源で（with the source at different distances from the detector）検出器信号を測定することによって形成することができ、それによって実際のカウントレートを変化させることができる。ｘ（ｔ）が各時間サンプル点ｔにおける検出器信号値であれば、Ｔサンプルについての平均サンプル値

は、実際の入力カウントレートと線形にスケールする（scales linearly）期待値を有する。本発明のアルゴリズムにしたがって計算された入力カウントレートが、各データセットについての平均サンプル値と一定の比率を有することをチェックすることは、アルゴリズムで使用されるＧ値が、データセット中のカウントレートの範囲にわたって入力カウントレートのバイアスされない推定量を提供していることの確認を提供する。非定数の比率は、Ｇ値が低すぎることを示唆している。同様に、実際のデータは、固定ギャップＧが使用されるか否かにかかわらず、本発明による方法の任意の特定の実装に使用されることができる。

各開始時間ｓ_ｋが少なくとも最小信頼可能検出ギャップである限り、本方法はバイアスされないままであり、各開始時間ｓ_ｋを選択する正確なアルゴリズムにはかなりの自由度があることが理解されるであろう。例えば、上述の例では、一定のギャップＧは、最新の検出された個別信号パルス到着の後に残されるが、ギャップは、それが最小信頼可能検出ギャップを超えたままである限り、各サンプルにおいてランダムに変化させることができ、又は、他のパラメータに依存する付加的な値も含むことができる。例えば、パルスの開始時間とパルスの幅の両方を識別する個別信号パルス検出アルゴリズムでは、最新のパルスの幅をギャップに加えることができる。したがって、特許請求の範囲における用語「特定の検出ギャップ」は、相反する意図が明らかでない限り、一定である必要はないが、ランダムに又は他のパラメータの式に従って変化する、特定の検出ギャップを包含するように十分に広く意図される。

さらに、検出された個別信号パルス到着時間の定義にはかなりの自由度がある。個別信号パルス到着時間が、必ずしも図に示されているように、立ち上がり時間の開始に限らず、パルス上のどこかの場所に関係する限り、最小信頼可能検出ギャップは任意の差異を補償するために単純に上方に調整されるので、アルゴリズムは、うまく動作することができる。サンプルからサンプルへのパルス上の不整合な位置でさえ、上述の技術にしたがって容易に検証されるアルゴリズムによってロバストに処理されることが可能である。

また、本発明のいくつかの実装では、最小信頼可能検出ギャップを直接的に知っていることは必要とされないことが理解されるであろう。検出ギャップが最小信頼可能検出ギャップよりも大きいことを確実にするために、検出ギャップが入力カウントレートのバイアスされない推定値を提供するのに常に十分であることが必要なだけだからである。本発明の実施形態において、特有の特定の検出ギャップが選択されることができ、特定の検出ギャップが信頼性のある最小検出ギャップよりも大きいことを確実にするために、特定の検出ギャップが入力カウントレートのバイアスされない推定値を提供することを検証することで十分である。本発明の実施形態において、最小の信頼性のある検出ギャップを直接知ることは、検出器の感度及び検出された個別信号パルス到着時間の最大使用を最適化するために、有用である。

また、本発明の第３の広義の態様の実施形態において、入力カウントレートを推定する別の方法として、適切なＧ値を特定する上述の実際のデータ方法を使用することもできる。単純な実施形態では、各入力カウントレート推定時間ｔ_ｅにおける動作モードにおいて、平均サンプル

は、キャリブレーション定数Ｃを乗算されることができる。キャリブレーション定数Ｃは、キャリブレーションモードにおいて、キャリブレーション時間期間ｔ_ｃからｔ_ｃ＋Ｔにわたって検出器信号上で、選択された入力カウントレート特定方法を実行し、キャリブレーションカウントレートＲ_ｃを生成し、同じキャリブレーション時間期間にわたって平均サンプル値

を算出してキャリブレーション平均サンプル値Ｘ_ｃを生成することによって決定される。キャリブレーション定数は、比Ｒ_ｃ／Ｘ_ｃになる。キャリブレーション期間中、必要に応じて、放射源又は検出器の位置が調整され、測定されたカウントレートが、選択された入力カウントレート推定方法の信頼できる領域（通常、十分に低い測定されたカウントレート）内にあるように調整される。キャリブレーションのための選択された入力カウントレート推定方法は、第１及び第２の広義の態様において本明細書に記載された方法であることができ、その場合、信頼できる領域は広く、又は、先行技術の方法であることができ、その場合、信頼できる領域はより広くない。この平均値のサンプル方法は、より低い計算負荷が望まれる場合に使用することができ、ここに記載されるギャップベースの方法は、補助的な較正のためにのみ使用することができる。上述の方法は、入力カウントレートの既知の関数である検出器信号から導出される任意のパラメータに一般化することができる。新たなパラメータ及び関数は、本明細書に記載された、第１及び第２の広義の態様における、検証されたバイアスされない推定方法の助けを借りて発見されることができる。

本発明の方法により、より正確な放射パルス検出器及び検出方法が提供される。また、本発明の方法は、標準的なコンピュータプロセッサ又はデジタル信号プロセッサハードウェア内で本方法を実施するソフトウェアを使用して、容易に適用することができることも理解されよう。かかるハードウェアは既によく知られており、典型的には放射パルス検出器システム内に存在する。

当業者はまた、最も広義の範囲及び特許請求の範囲から特定される本発明の範囲から逸脱することなく、多くの他の変更を本発明に適用することができることを理解するであろう。

例えば、検出器信号は、上記の例において一定のサンプルレートでサンプリングされたデジタル信号であるが、請求項に記載された検出器信号は、一般に、アナログ信号を含む任意の時間プロファイル検出器信号に及ぶ。

例えば、本発明は、入力カウントレートに関連するか、又は、そこから入力カウントレートを推論することができる任意のパラメータの計算にまで及び、その逆数、平均個別信号パルス到着間隔μ、又はそれらの任意の関数を含む。特許請求の範囲における用語「入力カウントレートパラメータ」は、そのような変形に及ぶことを意図している。

入力カウントレート推定の計算に使用されるパルス到着間隔の数Ｎ_Ｇは、要求される精度に依存する変数であり、これは、平均の個別信号到着間隔μを

で割ったポアソン分布の標準平均誤差によって容易に予測することができることが理解されよう。

さらに、説明は全て、信号がベースラインを上回っており、パルスパイルアップが、検出された個別信号の到着時間が最小信頼可能検出ギャップ未満で分離されている原因であるパルスパイルアップの状況に関連しており、本発明は、パルスパイルアップが発生するか否か、又は原因であるか否かに関係なく、かかる信頼できない間隔が存在する、予測可能な状況にまで及ぶ。

さらに、μを導出するために一連の数の算術平均を計算するが、他の統計的パラメータの計算は、ポアソン分布の算術平均と等しいか固定関数である最も広い範囲内にあり、したがって、中央値、最頻値、分散、歪度、尖度、エントロピーなどの推定が可能になる。

以下の特許請求の範囲及び本発明の前述の説明では、明示的な文言又は必要な含意のために文脈が別の方法で必要とする場合を除いて、「含む（comprise）」という単語又は「含んでいる（”comprises” or ”comprising”）」などの変形は、包括的意味で使用される。すなわち、記載された特徴の存在を特定するが、本発明の様々な実施形態におけるさらなる特徴の存在又は追加を排除するものではない。さらに、特許請求の範囲に記載された任意の方法ステップは、文脈が要求しない限り、書かれたシーケンスにおい時間経過順に実施されること、又は一旦開始されると休止することなく実施されることを必ずしも意図するものではない。

デジタルサンプリング効果の場合、式２によって提供されるタイプの補正は、以下の特許請求の範囲の範囲内にあることが意図される。

いずれかの先行技術の刊行物が本明細書において言及されている場合、そのような言及は、当該刊行物が、オーストラリア又はその他の国における当該技術分野の技術常識の一部を構成することを認めるものではないことが理解されるべきである

Claims (13)

1. 放射パルス検出器の入力カウントレートを測定する方法であって、
   （１） 放射源からの放射パルスを検出器において受信するステップであって、単位時間当たりに受信された前記放射パルスは前記入力カウントレートを画定する、ステップと、
   （２） 受信された各放射パルスからの個別信号パルスの集合を含む、前記検出器からの検出器信号を受信するステップと、
   （３） 検出方法を用い、前記検出器信号内の個別信号パルスを検出し、対応する検出された個別信号パルス到着時間を特定するステップと、
   （４） 複数の間隔開始時間を画定するステップであって、そのうちの各隣り合う対は、前記検出された個別信号パルス到着時間のうちの少なくとも１つが挿入されており、各間隔開始時間は、対応する最新の検出された個別信号パルス到着時間よりも、前記検出方法の最小信頼可能検出ギャップ以上の特定の検出ギャップだけ後に発生し、それによって、各間隔開始時間と対応する次の検出された個別信号パルス到着時間との間に個別信号パルスが発生せず、検出されないことが確実にされる、ステップと、
   （５） 各前記間隔開始時間と対応する次の検出された前記個別信号パルス到着時間との間の対応する複数の個別信号パルス到着間隔を算出するステップと、
   （６） 前記個別信号パルス到着間隔に基づいて入力カウントレートパラメータを計算するステップと、
   を含む、方法。
2. 前記検出器に対する既知の個別パルス波形に基づく、異なる既知の入力カウントレートの検出器信号をシミュレーションするステップと、
   シミュレーションされた前記検出器信号について、前記検出するステップから前記計算するステップまでのステップを実行するステップと、
   前記入力カウントレートパラメータが、前記異なる既知の入力カウントレートのそれぞれのバイアスされない推定を生成することを確認するステップと、
   さらに含む、請求項１記載の方法。
3. 全て同一のスペクトルを有するが異なるカウントレートを有する実際の検出器信号のデータセットの収集を処理するステップであって、それぞれが、入力カウントレートにスケールすることが既知であることから計算された派生パラメータを有する、ステップと、
   各データセットについて、前記検出するステップから前記計算するステップまでのステップを実行するステップと、
   計算された前記入力カウントレートパラメータが、前記派生パラメータに対応してスケールすることを確認するステップと、
   さらに含む、請求項１記載の方法。
4. 各データセットから計算された前記派生パラメータは、各データセットの平均検出器信号値である、
   請求項３記載の方法。
5. 前記特定の検出ギャップは前記最小信頼可能検出ギャップである、
   請求項１乃至４いずれか１項記載の方法。
6. 前記特定の検出ギャップは一定値Ｇである、
   さらに含む、請求項１乃至４いずれか１項記載の方法。
7. 放射パルス検出器の入力カウントレートを推定する方法であって、
   （１） 放射源からの放射パルスを検出器においてキャリブレーション期間にわたって受信するステップであって、単位時間当たりに受信された前記放射パルスはキャリブレーション期間中の入力カウントレートを画定する、ステップと、
   （２） 受信された各放射パルスからの個別信号パルスの集合を含む、前記検出器からの検出器信号を前記キャリブレーション期間にわたって測定するステップであって、ステップと、
   を含み、さらに、
   （Ａ）キャリブレーションモードにおいて、
   （３） 前記キャリブレーション期間にわたってサンプリングされる前記検出器信号から派生するパラメータを算出するステップであって、前記パラメータは前記入力カウントレートの既知の関数である、ステップと、
   （４） キャリブレーション入力カウントレートを前記キャリブレーション期間中に推定するステップであって、推定される前記キャリブレーション入力カウントレートにおいて信頼可能であることが既知である前記キャリブレーション期間にわたって、サンプリングされる検出器信号に適用される選択された入力カウントレート推定方法を用いる、ステップと、
   （５） キャリブレーション期間にわたる算出されたパラメータ、前記キャリブレーション期間中の前記キャリブレーション入力カウントレート、及び既知の関数に基づいて、前記パラメータの測定値を前記入力カウントレートに関連づけるキャリブレーション関数を特定するステップと、
   を含み、さらに、
   （Ｂ）運転モードにおいて、
   （６） 測定期間にわたって前記検出器信号から派生するパラメータを算出するステップと、
   （７） 前記測定期間にわたって前記検出器信号から前記派生するパラメータに前記キャリブレーション関数を適用することによって前記測定期間中の入力カウントレートを推定するステップと、
   を含む、方法。
8. 前記入力カウントレートの前記既知の関数は、比例し、前記キャリブレーション関数であり、前記キャリブレーション関数を特定するステップは比例定数を特定するステップを含む、
   請求項７記載の方法。
9. 前記パラメータは、前記キャリブレーション期間又は前記測定期間にわたる前記検出器信号の平均サンプル値に基づく、
   請求項８記載の方法。
10. 選択された前記入力カウントレート推定方法は、請求項１乃至６いずれか１項記載の方法である、
    請求項７乃至９いずれか１項記載の方法。
11. 前記放射パルス検出器は、
    光子、亜原子粒子、イオン又は原子を含む量子機械的粒子、
    地震波、ＳＯＮＡＲ、ＳＯＤＡＲ、レーダー又はＬｉＤＡＲにおける古典的パルス、
    のうちの１つ以上を検出する、
    請求項１乃至１０いずれか１項記載の方法。
12. セキュリティスキャン、荷物スキャン、医学画像、材料分析、気象センシング、鉱物処理、セキュリティスキャン、ミネラル処理、鉱物分析、反射地震学又はＤＮＡ配列決定のうちの１つ以上の方法であって、
    請求項１乃至６のいずれか１項記載による、放射パルス検出器の入力カウントレートを測定するステップ、又は
    請求項７乃至１１いずれか１項記載による、放射パルス検出器の入力カウントレートを推定するステップを含む、
    方法。
13. 請求項１乃至１２いずれか１項記載の方法を実施する放射パルス検出器を備える装置。

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