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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-12-19
(54)【発明の名称】分光検出器のエネルギー較正をするための方法
(51)【国際特許分類】
G01T 1/17 20060101AFI20241212BHJP
【ＦＩ】
G01T1/17 H
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024539575
(86)(22)【出願日】2022-12-29
(85)【翻訳文提出日】2024-08-26
(86)【国際出願番号】 EP2022088055
(87)【国際公開番号】W WO2023126509
(87)【国際公開日】2023-07-06
(31)【優先権主張番号】2114708
(32)【優先日】2021-12-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】510132347
【氏名又は名称】コミサリア ア レネルジ アトミク エ オウ エネルジ アルタナティヴ
(71)【出願人】
【識別番号】518039545
【氏名又は名称】サントラルスペレック
【氏名又は名称原語表記】ＣＥＮＴＲＡＬＥＳＵＰＥＬＥＣ
(71)【出願人】
【識別番号】506316557
【氏名又は名称】サントル ナショナル ドゥ ラ ルシェルシュ シアンティフィック
(71)【出願人】
【識別番号】511230347
【氏名又は名称】ユニヴェルシテ パリ－サクレー
(74)【代理人】
【識別番号】100103894
【弁理士】
【氏名又は名称】家入 健
(72)【発明者】
【氏名】ティス ケリアン
(72)【発明者】
【氏名】フリジェリオ アドリアン
(72)【発明者】
【氏名】コラス セバスティアン
(72)【発明者】
【氏名】ル ブリュスケ ローラン
【テーマコード（参考）】
2G188
【Ｆターム（参考）】
2G188AA21
2G188AA23
2G188BB02
2G188BB04
2G188BB05
2G188BB06
2G188BB09
2G188CC01
2G188CC08
2G188CC28
2G188CC29
2G188DD13
2G188EE01
2G188EE06
2G188FF30
(57)【要約】
本発明は、Ｘ線又はガンマ線光子の分光検出器によって取得された較正スペクトルを処理する方法である。この方法は、較正関数のパラメータ形式を考慮することを含み、較正関数は、エネルギーチャネルの位置をエネルギー値に関連付ける。この方法は、較正スペクトルのピークのチャネルと較正同位体の放出エネルギーとを比較することを含む。この比較により、較正関数のパラメータの値を定義することができる。
【選択図】図５
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
分光測定装置（１）によって形成された較正スペクトル（ｙ）を処理する方法であって、前記分光測定装置は、‐ 粒子を検出するように構成され、かつ、各検出において、その振幅が、検出器内で相互作用した粒子のエネルギーに依存するパルスを形成するように構成された検出器（１０）と、
‐ スペクトルを形成するように構成された分光測定回路（１２，１３）とを備え、前記スペクトルは、複数のチャネル内で検出された粒子の数に対応し、各チャネルは、ランクが割り当てられ、パルスの振幅は、各ランクに対応し、
前記方法は、
‐ ａ）異なる既知の放出エネルギー（Ｅ′ｊ）を有する複数の粒子を検出器へ放出する較正物体（２）の方を向くように、前記分光測定装置を配置するステップと、
‐ ｂ）前記検出器によって前記複数の粒子の一部を検出し、検出された粒子の較正スペクトル（ｙ）を形成するステップであって、前記較正スペクトルは、複数の異なるピークを含み、各ピークは既知のエネルギーに対応する、ステップと、
‐ ｃ）前記較正スペクトルのピークを検出し、検出された各ピークに対しチャネルのランク（ｋｉ）を割り当てるステップと、
‐ ｄ）ステップｃ）において異なるピークに対して割り当てられたチャネルのランクと前記放出エネルギーから（Ｅ′ｊ）、較正関数を決定するステップであって、前記較正関数は各チャネルの前記ランクからエネルギーを決定し、較正関数は全単射関数である、ステップとを含み、
ステップｄ）は、
‐ ｄ－ｉ）前記較正関数（ｆｅ）の解析モデルを考慮するサブステップであって、前記解析モデルは、一組のパラメータ（β）によってパラメータ化される、サブステップと、
‐ ｄ－ｉｉ）各パラメータの異なる値について、
・ 検出された各ピークに割り当てられた各チャネルのランクに対して前記較正関数を適用し、各ランクについて、前記較正関数によって決定されたエネルギーを得るサブステップ、
・ 又は、前記較正関数の逆関数を各放出エネルギーに適用して、各放出エネルギーについて、前記逆関数によって決定されたチャネルを得るサブステップと、
‐ ｄ－ｉｉｉ）各パラメータの値を決定するサブステップであって、
・ ｄ－ｉｉ）で決定されたエネルギーが、前記較正物体の前記放出エネルギーに最も近くなるためのパラメータの値を決定するサブステップ、
・ ｄ－ｉｉ）で決定されたチャネルが、検出された各ピークに割り当てられたチャネルに最も近くなるためのパラメータの値を決定するサブステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項2】
サブステップｄ－ｉｉｉ）は、‐ 各パラメータＬ（β｜κ，σ，Ｅ′）の値の尤度関数を計算することと、
‐ 前記尤度関数を最大化する各パラメータ
【請求項3】
‐ 前記ステップｃ）は、各ピークの幅（ｗｉ）を決定するステップを含み、‐ 前記尤度関数は、各ピークの前記幅が考慮される、
請求項２に記載の方法。
【請求項4】
前記サブステップｄ－ｉｉｉ）は、‐ ステップｃ）に続いて、異なる複数のペア（（Ｅ′ｊ；ｋｉ））を考慮することと、各ペアは、放出エネルギーと、ピークに割り当てられたチャネルを含み、
‐ 前記較正関数がいくつかのペアを関連付けることを可能にするための各パラメータの値を決定することと、決定された各値は、各パラメータの初期値を形成し、
‐ 前記尤度関数を最大にする各パラメータの値が、前記パラメータの初期値の近くに定義された検索範囲において推定されるように、各初期値について、前記初期値の近くに広がる検索範囲を定義することとを含む、請求項２又は３に記載の方法。
【請求項5】
前記サブステップｄ－ｉｉｉ）は、最適化アルゴリズムによって実行される、請求項２～４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項6】
前記ステップｃ）は、前記ピークの選択基準に応じて、前記較正スペクトルのピークを選択することを含む、請求項１～５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項7】
前記選択基準は、各ピークで検出された光子の数、又は各ピークについて決定された信号対雑音比である、請求項６に記載の方法。
【請求項8】
前記サブステップｄ－ｉｉｉ）は、少なくとも１つのパラメータの値に関するアプリオリを考慮して、前記パラメータの値を決定することを含む、請求項１～７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項9】
前記粒子は、光子、中性子、又は荷電粒子から選択される、請求項１～８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項10】
物体から放出された粒子のスペクトルを取得するように構成された装置（１）であって、‐ 粒子を検出するように構成され、かつ、各検出において、その振幅が、検出器内で相互作用した粒子によって放出されたエネルギーに依存するパルスを形成するように構成された検出器（１０）と、
‐ 前記検出器によって検出されたパルスの振幅の分布に対応するスペクトル（ｙ）を形成するように構成された分光測定回路（１２）と、
‐ 前記スペクトルから、請求項１～９のいずれか１項に記載の方法の前記ステップｄ）を実行するようにプログラムされた処理ユニット（１４）と
を備えた、装置（１）。
【請求項11】
検出された粒子のエネルギーを表すスペクトルから、請求項１～９のいずれか１項に記載の方法の前記ステップｄ）を実行するための命令を含む、コンピュータに接続されるように構成された媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の技術分野は、放射線の検出に応用される分光法である。
【0002】
先行技術
ガス状の検出材料、半導体又はシンチレータに基づいて、電離放射線を検出する装置は、検出材料中の放射線の相互作用によって形成された電気パルスを取得することができる。各パルスの振幅は、各相互作用中に放射線によって蓄積されるエネルギーに依存する。これらの装置は、通常、分光測定回路に接続される。このような装置は、スペクトルを取得することができ、スペクトルは、照射期間中に検出された振幅のヒストグラムに対応する。スペクトルは、複数の異なる振幅チャネル、通常、数百又は数千のチャネルに従って形成される。各チャネルは、対応する狭い振幅帯域を有する。各チャネルは、照射期間中に検出されたパルスの数に対応する値が割り当てられ、その振幅は、チャネルに対応する振幅帯域内である。
ガス状の検出材料、半導体又はシンチレータに基づいて、電離放射線を検出する装置は、検出材料中の放射線の相互作用によって形成された電気パルスを取得することができる。各パルスの振幅は、各相互作用中に放射線によって蓄積されるエネルギーに依存する。これらの装置は、通常、分光測定回路に接続される。このような装置は、スペクトルを取得することができ、スペクトルは、照射期間中に検出された振幅のヒストグラムに対応する。スペクトルは、複数の異なる振幅チャネル、通常、数百又は数千のチャネルに従って形成される。各チャネルは、対応する狭い振幅帯域を有する。各チャネルは、照射期間中に検出されたパルスの数に対応する値が割り当てられ、その振幅は、チャネルに対応する振幅帯域内である。
【0003】
分光測定システムは、現在広く工業化されている。応用分野は広く、特に、核廃棄物、装置若しくは施設の測定、又は環境の放射線モニタリングを含む。ソフトウェアは、パルスの処理、測定の駆動及び自動解釈をパラメータ化することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、いくつかのステップは困難であり、手動設定に関する広い余地を残している。そのことは、例えば、エネルギー較正にも当てはまり、これは、パルスの振幅と、パルスを発生させた相互作用によって放出されたエネルギーとの関係の確立を可能にする。振幅とエネルギーとの関係は、使用される検出器に依存し、また、分光測定回路のパラメータ化、例えば、増幅利得、パルス整形パラメータ又はチャネル数に依存する。さらに、同じ装置について、設定を変更しない限り、振幅とエネルギーとの関係は変わり易く、定期的な較正が必要である。
【0005】
エネルギー較正は、通常、その放出エネルギーが分かっている較正物体に、検出器を曝すことによって行われる。較正物体は、その放出エネルギーが分かっている１以上の同位体を含み得る。この較正は、同位体によって放射された光子のスペクトルを取得することと、次いで、スペクトルに存在する主要なピークを特定することを含む。検出されたピークの一部は、既知の放出エネルギーに対応する。検出された各ピークは、中心チャネルの両側に広がっている。エネルギー較正は、異なるチャネル（すなわち、ピークの中心チャネル）－放出エネルギーのペアの特定を可能にする。これらの異なるペアから、各チャネルのランクをエネルギーに関連付ける、較正関数と呼ばれる分析関数が決定される。
【0006】
エネルギー較正は、頻繁な操作であり、測定値の解釈を誤らないように正確に行わなければならない。以下に記載する発明は、エネルギー較正の自動化及び再現性を容易にする。また、本発明は、考慮されるピークの数を最大化して、較正関数を決定することができる。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の第１の主題は、分光測定装置によって形成された較正スペクトルを処理する方法であって、分光測定装置は、
‐ 粒子を検出するように構成され、かつ、各検出において、その振幅が検出器内で相互作用した粒子のエネルギーに依存するパルスを形成するように構成された検出器と、
‐ スペクトルを形成するように構成された分光測定回路とを備え、スペクトルは、チャネル内で検出された粒子の数に対応し、各チャネルは、ランクが割り当てられ、各ランクは、対応するパルスの振幅を有し、
当該方法は、
‐ ａ）異なる既知の放出エネルギーを有する複数の粒子を検出器へ放出する較正物体の方を向くように、分光測定装置を配置するステップと、
‐ ｂ）検出器によって粒子の一部を検出し、検出された粒子の較正スペクトルを形成するステップであって、較正スペクトルは複数の異なるピークを含み、各ピークは既知のエネルギーに対応する、ステップと、
‐ ｃ）検出された各ピークに対してチャネルのランクを割り当てるステップと、
‐ ｄ）ステップｃ）において複数の異なるピークに割り当てられたチャネルのランクと、放出エネルギーに基づいて、較正関数を決定するステップであって、較正関数は各チャネルのランクに基づいてエネルギーを決定し、較正関数は全単射関数である、ステップとを含み、
ステップｄ）は、
‐ ｄ－ｉ）較正関数の解析モデルを考慮するサブステップであって、解析モデルは一組のパラメータによってパラメータ化される、サブステップと、
‐ ｄ－ｉｉ）各パラメータの複数の異なる値について、
・ 検出された各ピークに割り当てられた各チャネルのランクに対して較正関数を適用し、各ランクについて、較正関数によって決定されたエネルギーを取得するサブステップと、
・ 又は、各放出エネルギーに対して較正関数の逆関数を適用し、各放出エネルギーについて、逆関数によって決定されたチャネルを取得するサブステップと、
‐ ｄ－ｉｉｉ）各パラメータの値を決定するサブステップであって、
・ ｄ－ｉｉ）で決定されたエネルギーが、較正物体の放出エネルギーに最も近くなるためのパラメータの値、
・ ｄ－ｉｉ）で決定されたチャネルが、検出された各ピークに割り当てられたチャネルに最も近くなるためのパラメータの値とを決定する、サブステップと、
を含むことを特徴とする。
‐ 粒子を検出するように構成され、かつ、各検出において、その振幅が検出器内で相互作用した粒子のエネルギーに依存するパルスを形成するように構成された検出器と、
‐ スペクトルを形成するように構成された分光測定回路とを備え、スペクトルは、チャネル内で検出された粒子の数に対応し、各チャネルは、ランクが割り当てられ、各ランクは、対応するパルスの振幅を有し、
当該方法は、
‐ ａ）異なる既知の放出エネルギーを有する複数の粒子を検出器へ放出する較正物体の方を向くように、分光測定装置を配置するステップと、
‐ ｂ）検出器によって粒子の一部を検出し、検出された粒子の較正スペクトルを形成するステップであって、較正スペクトルは複数の異なるピークを含み、各ピークは既知のエネルギーに対応する、ステップと、
‐ ｃ）検出された各ピークに対してチャネルのランクを割り当てるステップと、
‐ ｄ）ステップｃ）において複数の異なるピークに割り当てられたチャネルのランクと、放出エネルギーに基づいて、較正関数を決定するステップであって、較正関数は各チャネルのランクに基づいてエネルギーを決定し、較正関数は全単射関数である、ステップとを含み、
ステップｄ）は、
‐ ｄ－ｉ）較正関数の解析モデルを考慮するサブステップであって、解析モデルは一組のパラメータによってパラメータ化される、サブステップと、
‐ ｄ－ｉｉ）各パラメータの複数の異なる値について、
・ 検出された各ピークに割り当てられた各チャネルのランクに対して較正関数を適用し、各ランクについて、較正関数によって決定されたエネルギーを取得するサブステップと、
・ 又は、各放出エネルギーに対して較正関数の逆関数を適用し、各放出エネルギーについて、逆関数によって決定されたチャネルを取得するサブステップと、
‐ ｄ－ｉｉｉ）各パラメータの値を決定するサブステップであって、
・ ｄ－ｉｉ）で決定されたエネルギーが、較正物体の放出エネルギーに最も近くなるためのパラメータの値、
・ ｄ－ｉｉ）で決定されたチャネルが、検出された各ピークに割り当てられたチャネルに最も近くなるためのパラメータの値とを決定する、サブステップと、
を含むことを特徴とする。
【0008】
一実施形態によれば、サブステップｄ－ｉｉｉ）は、
‐ 各パラメータの値の尤度関数を計算することと、
‐ 尤度関数を最大化する各パラメータの値を推定することを含み得る。
‐ 各パラメータの値の尤度関数を計算することと、
‐ 尤度関数を最大化する各パラメータの値を推定することを含み得る。
【0009】
ステップｃ）は、各ピークの幅を決定することを含む得る。そして、尤度関数は、各ピークの幅が考慮される得る。
【0010】
サブステップｄ－ｉｉｉ）は、
‐ ステップｃ）に続いて、異なる複数のペアを考慮することと、各ペアは、放出エネルギーと、ピークに割り当てられたチャネルを含み、
‐ 較正関数がいくつかのペアを関連付けることを可能にするための各パラメータの値を決定することと、決定された各値は、各パラメータの初期値を形成し）、
‐ 尤度関数を最大にする各パラメータの値が、前記パラメータの初期値の近くに定義された検索範囲内で推定されるように、各初期値について、前記初期値の近くに広がる検索範囲を定義することを含み得る。
‐ ステップｃ）に続いて、異なる複数のペアを考慮することと、各ペアは、放出エネルギーと、ピークに割り当てられたチャネルを含み、
‐ 較正関数がいくつかのペアを関連付けることを可能にするための各パラメータの値を決定することと、決定された各値は、各パラメータの初期値を形成し）、
‐ 尤度関数を最大にする各パラメータの値が、前記パラメータの初期値の近くに定義された検索範囲内で推定されるように、各初期値について、前記初期値の近くに広がる検索範囲を定義することを含み得る。
【0011】
サブステップｄ－ｉｉｉ）は、最適化アルゴリズムによって優先的に実行される。１つの可能性によれば、ステップｃ）は、ピークの選択基準に応じて、較正スペクトルのピークを選択することを含む。選択基準は、各ピークにおいて検出される光子の数、又は各ピークについて決定される信号対雑音比とし得る。
【0012】
サブステップｄ－ｉｉｉ）は、少なくとも１つのパラメータの値に関するアプリオリを考慮して、前記パラメータの値を決定することを含み得る。
【0013】
粒子は、光子、中性子、荷電粒子の中から選択し得る。
【0014】
本発明の第２の主題は、物体によって放出された粒子のスペクトルを取得するように構成された装置であって、この装置は、
‐ 粒子を検出するよう構成され、かつ、各検出において、その振幅が検出器内で相互作用した粒子によって放出されたエネルギーに依存するパルスを形成するように構成された検出器と、
‐ 検出器によって検出されたパルスの振幅の分布に対応するスペクトルを形成するように構成された分光測定回路と、
‐ スペクトルに基づいて、本発明の第１の主題に係る方法のステップｄ）を実行するようにプログラムされた処理ユニットとを備える。
‐ 粒子を検出するよう構成され、かつ、各検出において、その振幅が検出器内で相互作用した粒子によって放出されたエネルギーに依存するパルスを形成するように構成された検出器と、
‐ 検出器によって検出されたパルスの振幅の分布に対応するスペクトルを形成するように構成された分光測定回路と、
‐ スペクトルに基づいて、本発明の第１の主題に係る方法のステップｄ）を実行するようにプログラムされた処理ユニットとを備える。
【0015】
本発明の第３の主題は、コンピュータに接続されるように構成された媒体であり、当該媒体は、検出された粒子のエネルギーを表すスペクトルに基づいて、本発明の第１の主題に係る方法のステップｄ）を実行するための命令を含む。この媒体は、コンピュータに組み込むことができ、又は、有線若しくは無線リンクによってコンピュータに接続することができる。
【0016】
本発明の第４の主題は、分光測定装置によって形成された較正スペクトルを処理するための方法であり、分光測定装置は、
‐ 粒子を検出するように構成され、かつ、各検出において、その振幅が検出器内で相互作用した粒子の質量に依存するパルスを形成するように構成された検出器と、
‐ スペクトルを形成するように構成された分光測定回路とを備え、スペクトルは、複数のチャネル内で検出された粒子の数に対応し、各チャネルは、ランクが割り当てられ、各ランクは、パルスの振幅に対応し、
当該方法は、
‐ ａ）既知の質量の粒子を含む較正物体に分光測定装置を曝すステップと、
‐ ｂ）検出器によって粒子の全部又は一部を検出し、検出された粒子の較正スペクトルを形成するステップであって、較正スペクトルは複数の異なるピークを含み、各ピークは既知の質量に対応する、ステップと、
‐ ｃ）各ピークに対してチャネルのランクを割り当てるステップと、
‐ ｄ）ステップｃ）において複数の異なるピークに割り当てられたチャネルのランクと、既知の異なる質量に基づいて、較正関数を決定するステップを含み、較正関数は、各チャネルのランクから質量を決定し、較正関数は全単射関数であり、
当該方法は、ステップｄ）において、
‐ ｄ－ｉ）一組のパラメータによってパラメータ化される、較正関数の分析モデルを考慮することと、
‐ ｄ－ｉｉ）各パラメータの異なる値について、
・ 各ピークに割り当てられた各チャネルのランクに対して較正関数を適用し、各ランクについて、較正関数によって決定された質量を取得すること、
・ 又は、各質量に対して較正関数の逆関数を適用して、各質量について、逆関数によって決定されたチャネルを取得することと、
‐ ｄ－ｉｉｉ）パラメータの値を決定することであって、
・ ｄ－ｉｉ）で決定されたエネルギーが、較正物体の粒子の質量に最も近くなるためのパラメータの値と、
・ ｄ－ｉｉ）で決定されたチャネルが、各ピークに割り当てられたチャネルに最も近くなるためのパラメータの値とを決定することと
を含むことを特徴とする。
‐ 粒子を検出するように構成され、かつ、各検出において、その振幅が検出器内で相互作用した粒子の質量に依存するパルスを形成するように構成された検出器と、
‐ スペクトルを形成するように構成された分光測定回路とを備え、スペクトルは、複数のチャネル内で検出された粒子の数に対応し、各チャネルは、ランクが割り当てられ、各ランクは、パルスの振幅に対応し、
当該方法は、
‐ ａ）既知の質量の粒子を含む較正物体に分光測定装置を曝すステップと、
‐ ｂ）検出器によって粒子の全部又は一部を検出し、検出された粒子の較正スペクトルを形成するステップであって、較正スペクトルは複数の異なるピークを含み、各ピークは既知の質量に対応する、ステップと、
‐ ｃ）各ピークに対してチャネルのランクを割り当てるステップと、
‐ ｄ）ステップｃ）において複数の異なるピークに割り当てられたチャネルのランクと、既知の異なる質量に基づいて、較正関数を決定するステップを含み、較正関数は、各チャネルのランクから質量を決定し、較正関数は全単射関数であり、
当該方法は、ステップｄ）において、
‐ ｄ－ｉ）一組のパラメータによってパラメータ化される、較正関数の分析モデルを考慮することと、
‐ ｄ－ｉｉ）各パラメータの異なる値について、
・ 各ピークに割り当てられた各チャネルのランクに対して較正関数を適用し、各ランクについて、較正関数によって決定された質量を取得すること、
・ 又は、各質量に対して較正関数の逆関数を適用して、各質量について、逆関数によって決定されたチャネルを取得することと、
‐ ｄ－ｉｉｉ）パラメータの値を決定することであって、
・ ｄ－ｉｉ）で決定されたエネルギーが、較正物体の粒子の質量に最も近くなるためのパラメータの値と、
・ ｄ－ｉｉ）で決定されたチャネルが、各ピークに割り当てられたチャネルに最も近くなるためのパラメータの値とを決定することと
を含むことを特徴とする。
【0017】
本発明は、以下に列挙された図に関連して、以下の説明において示される例示的な実施形態の説明を読むことにより、より一層、理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【発明を実施するための形態】
【0019】
本発明の実施を可能にする装置１が、図１に示されている。この装置は、測定システムであり、物体２によって放射された放射線５と相互作用可能な検出器１０を含む。物体２は、ここでは、核廃棄物であり、これは異なる複数の放射性同位体２ｊを含み得る。通常、測定される物体に存在する可能性のある放射性同位体は、予め分かっている。特に、分析される物体に潜在的に存在する放射性同位体を含むリストを作成することが可能である。添え字ｊは、各放射性同位体を示す。
【0020】
図に示す例では、検出器１０は、電離光子放射線を検出するように構成されている。電離光子放射線は、例えば、そのエネルギーが１ｋｅＶから２ＭｅＶの間の光子によって形成されるＸタイプ又はガンマタイプの光子放射線であると理解されている。本発明に係る方法は、その他の粒子、例えば、中性子、荷電粒子（例えば、α線又はβ線）、又は光子の検出に応用される。
【0021】
図に示す例では、検出器は、ゲルマニウム（Ｇｅ）型の半導体材料を備えるが、半導体材料は、電離光子の検出のために一般的に実装される、例えば、Ｓｉ、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ型の半導体材料でもよい。入射放射線を形成する光子は、検出器の材料と相互作用する。検出器の材料は、バイアス電圧Ｖが印加される。各相互作用は、電荷キャリアを生成し、これは、電極、通常はアノードによって収集される。
【0022】
検出器１０内での相互作用中に電離放射線によって放出されるエネルギーＥの影響下で、電荷Ｑの収集が可能であれば、その他の種類の検出器、例えば、光子／電荷キャリアコンバータに接続されたシンチレータ、又は、電離チャンバータイプのガス検出器を利用できる。例示し得るシンチレータタイプの通常の検出器は、ＮａＩ（Ｔｌ）又はＬａＢｒ３を含む。
【0023】
検出器１０は、パルスを生成するように構成された電子回路１２に接続され、その振幅は、相互作用中に収集される電荷の量に依存し、また、当該電荷の量に比例することが好ましい。電荷の量は、相互作用中に放射線によって蓄積されるエネルギーに対応する。
【0024】
図に示す例では、検出器１０は、クライオスタット１６に接続され、これは、Ｇｅ検出器を、１つの動作温度に維持する液体窒素を含む。
【0025】
電子回路１２は、当該電子回路の下流に配置された分光ユニット１３に接続され、これにより、取得期間中に形成された全てのパルスを一緒に収集することが可能になる。各パルスは、検出材料における入射放射線の相互作用に対応する。そして、分光回路が、その振幅Ａに応じてパルスを分類し、その振幅に応じて検出されたパルスの数を含むヒストグラムを提供する。このヒストグラムは、振幅スペクトルである。通常、それは、マルチチャネルアナライザーを用いて得られる。各振幅は、チャネルに従って離散化され、各チャネルは、振幅帯域が割り当てられる。スペクトルの各チャネルの値は、その振幅が、チャネルに割り当てられた振幅帯域の範囲内であるパルスの数に対応する。各振幅帯域は、エネルギー帯に対応し、その相関は双方向である。したがって、各チャネルは、エネルギー帯又は振幅帯域が割り当てられる。
【0026】
振幅とエネルギーとの関係は、そのエネルギーが分かっている放射線を放射する、較正物体を用いて、検出器を照射することによって行うことができる。これは、特に、既知のエネルギー値を有し、少なくとも１つの不連続性又はエネルギーピークを有する放射線である。この操作は、通常、エネルギー較正という用語で参照される。ガンマ分光法の場合、検出器は、１５２Ｅｕタイプの較正線源に曝され、既知の放出エネルギーを有する光子を生成する。また、以下に例示的な実施形態の１つにおいて説明するように、他の同位体線源を実装することも可能である。１つの同位体又は複数の同位体は、少なくとも２つの異なる放出エネルギーに従って光子が放出されることが好ましい。放出エネルギーは、最小値と最大値の間に広がる。最小値と最大値の差は、検出器が使用されることが想定されるスペクトル領域を網羅することが好ましい。
【0027】
エネルギー較正は、較正関数ｆｅの確立を可能にし、これは、測定された振幅とエネルギーとの分析的な関係の確立を可能にする。較正関数ｆｅを考慮することは、変数の変更により、チャネルの値を、振幅ではなく、エネルギー値に割り当てることを可能にする。実際、振幅は、検出器及び設定に依存するが、エネルギーは、検出器に依存しない、設定された物理量に対応する。
【0028】
スペクトルｙは、エネルギー又は振幅チャネルに従って検出及び離散化された各パルスの振幅のヒストグラムである。各チャネルは、振幅帯域が割り当てられ、これは、較正関数を利用することにより、エネルギー帯になる。スペクトルは、ベクトル形式（ｙ１，．．．ｙｋ，．．．ｙｎ）で表すことができ、ここで、ｎは、チャネルの総数に相当する。各チャネルは、ランクｋが割り当てられ、ここで、１≦ｋ≦ｎである。ランクｋの各チャネルは、低振幅Ａｋと高振幅Ａｋ＋１によって境界が定められ、その振幅がＡｋとＡｋ＋１の間にある場合、検出されたパルスは、ランクｋのチャネルが割り当てられる。
【0029】
各チャネルの低振幅Ａｋは、低エネルギーｅｋに対応する。各チャネルの高振幅Ａｋ＋１は、高エネルギーｅｋ＋１に対応する。振幅－エネルギーの相関は、先行技術に関連して説明した較正関数ｆｅによって確立される。したがって、
及び
であり、βは、以下に説明する較正関数ｆｅの一組のパラメータである。
【数1】
【数2】
【0030】
量
は、スペクトルのチャネル数ｎに対するランクｋのチャネルの中心の位置に対応する。これは、各チャネルの標準化されたランクであり、１（ｋ＝１）と（ｋ＝ｎ）の間にある。標準化は、チャネル数ｎに依存しない較正関数の確立を可能にし、後者は、パラメータ化することができる。
【0031】
この装置は、処理ユニット１４を備え、これは、図４に関連して説明されるアルゴリズムのステップを実行するようにプログラムされる。処理ユニット１４は、分光ユニット１３に接続され、そこから、測定された各スペクトルを受ける。
【0032】
ガンマ分光法による測定の目的は、物体２に存在する同位体２ｊを特定することであり、それぞれの活性を推定することが好ましい。図２Ａは、同位体１５２Ｅｕを含む線源に曝されたゲルマニウム検出器から得られたスペクトルｙを示す。Ｘ軸は、チャネルに対応し、Ｙ軸は、その振幅が各チャネルに対応するパルスの数に対応する。図２Ｂは、図２Ａの詳細図であり、図２Ａに描かれた矩形領域に対応する。
【0033】
表されているスペクトルｙは、いくつかのピークを含み、各ピークは、物体２に存在する同位体の放出エネルギーに対応する。これらのピークは、各スペクトルの有用な情報を形成し、そこから同位体を特定し、それぞれの活性を定量化することが可能である。スペクトルはまた、連続部分を含み、検出器内の光子の散乱又は検出器に到達する前の光子の散乱に対応する。この連続部分は、各ピークにおけるスペクトルの部分又は各ピークの間のスペクトルの部分に対応する。スペクトルはまた、バックグラウンドノイズ成分を含み、これは、統計的な変動によって表される。
【0034】
スペクトル処理のルーチンステップの１つは、各ピークの検出である。図２Ｂでは、異なるピークが示されている。Ｘ軸は、振幅チャネルに対応し、Ｙ軸は、各チャネルで検出されたパルスの数に対応する。そして、処理ユニットは、各ピークのチャネルの特性、例えば、ピークが中心に位置する中心チャネルを決定することができる。中心チャネルは、通常、検出されたパルスの最大数を含むチャネルである。
【0035】
各ピークは、２つのチャネルによって境界が定められ、それぞれが各ピークの下限ｉｎｆｉ及び上限ｓｕｐｉを構成する。その結果、各ピークは、振幅の昇順で、順番ｉが割り当てられる。順番ｉの各ピークは、その中心チャネルのランクｋｉのチャネルによって識別され、後者は、ピークの下限ｉｎｆｉ及び上限ｓｕｐｉの間に配置される。
【0036】
１つの可能性として、各ピークを手動で境界を定めることが可能である。各ピークを検出すること及び各ピークの境界を定めることは、例えば、ｄ２で示す二階微分作用素を実装することにより、自動的に行うこともできる。図３は、１つのピークに対応する１つのスペクトルｙの一部を示す。図３では、スペクトルに適用される、ｄ２（ｙ）で示す２階微分作用素も示されている。ｄ２（ｙ）の局所的な最小値に対応する垂直線は、ピークの中心に対応するランクｋのチャネルの識別を可能にする。この微分作用素は、ウィンドウ幅１１の三次のＳａｖｉｔｚｋｙ又はＧｏｌａｙフィルタとし得る。
【0037】
図４は、較正関数を決定するための方法の主要なステップを概略的に示しており、これらのステップは、以下で説明される。
【0038】
ステップ１００：較正スペクトルｙの取得。このステップの間、検出器は、較正物体に曝される。較正物体は、通常、その放出エネルギーが分かっている１つ以上の較正同位体を含む。
【0039】
ステップ１１０：較正スペクトルのピークの検出と、検出された各ピークに対するチャネルの割り当て。ｋ１．．．．ｋｉ．．．．ｋＩは、較正スペクトルで検出された各ピークに割り当てられたチャネルのランクを示すために使用される。Ｉは、較正スペクトルｙにおいて検出されたピークの数を示し、これは、それぞれ較正同位体の放出エネルギーＥ′１．．．Ｅ′ｊ．．．．Ｅ′Ｊに対応する。
【0040】
較正スペクトルｙの各ピークは、半値全幅（largeur a mi-hauter）ｗｉに応じて広がる。半値全幅の一例を図２Ｂに示す。
【0041】
半値全幅はまた、通常の手段によるピークの検出において決定される。例えば、ピークの検出が、図３に関連して説明したように、Ｓａｖｉｔｚｋｙ及びＧｏｌａｙフィルタを利用して行われる場合、各ピークの半値全幅は、ピークに対応する局所的な最小値の両側の関数ｄ２（ｙ）の２つのゼロ交差の間のチャネル数を決定することによって推定できる。図３は、半値全幅ｗを示す。この半値全幅は、手動によるピークの境界の決定に続く、その他の通常の分光ソフトウェア手段によって決定できる。
【0042】
ステップ１２０：較正関数ｆｅの解析モデルの考慮。このステップでは、較正関数の解析モデル、例えば、線形関数又は所定の次数の多項式が定義される。このモデルは、一組のパラメータβによってパラメータ化される。
【0043】
検出されたピークに対応する各エネルギーＥｉが、ランクｋｉのチャネルの中心に位置すると仮定し、これは、ｅｉとｅｉ＋１との間のエネルギーのパルスを一緒に収集する。したがって、数式３が想定される。
（１）、（２）及び（３）により、
ここで、
‐ｎは、スペクトルのチャネルの総数に対応する。
‐ｋｉ及びｋｉ＋１は、それぞれエネルギーＥｊに対応するランクｉの振幅チャネルの最小振幅と最大振幅である。
ｋｉ－１／２は、ランクｉのチャネルの中央振幅に対応し、これは、放出エネルギーに対応することが想定される。
【数3】
【数4】
‐ｎは、スペクトルのチャネルの総数に対応する。
‐ｋｉ及びｋｉ＋１は、それぞれエネルギーＥｊに対応するランクｉの振幅チャネルの最小振幅と最大振幅である。
ｋｉ－１／２は、ランクｉのチャネルの中央振幅に対応し、これは、放出エネルギーに対応することが想定される。
【0044】
較正関数は線形関数とすることができ、その場合、一組のパラメータは、β＝（β０；β１）であり、
である。
【数5】
【0045】
２次多項式の場合、較正関数は、数式５′のタイプである。
一組のパラメータは、β＝（β０；β１；β２）である。
【数5】
【0046】
較正関数ｆｅは、必然的に全単斜関数である。通常、チャネルは、増加する振幅に従って分類され、この場合、較正関数は増加関数である。
【0047】
Ｅｉは、較正関数ｆｅの利用により、ランクｋｉのチャネルの中央振幅に対応するエネルギーを表す。したがって、較正関数ｆｅは、ランクｋｉの各チャネルに対応するエネルギーを生成する。
【0048】
較正物体は、放出エネルギーＥ′１．．．Ｅ′ｊ．．．Ｅ′Ｊを有する光子を放出する。Ｊは、放出エネルギーの数に対応する。例えば、ピーク内の光子の量が小さ過ぎる場合、放出エネルギーに対応する全てのピークは、ピークの検出によって検出されないことがある。検出された特定のピークに対応するランクｋ１．．．．ｋｉ．．．．ｋＩは、特定の放出エネルギーＥ′１．．．Ｅ′ｊ．．．Ｅ′Ｊに対応する。
【0049】
図５は、検出された各ピークに対応するチャネルｋ１．．．．ｋｉ．．．．ｋＩ（Ｉ＝５）の一例を昇順（ｋｉ＞ｋｉ－１）で示し、同位体の放出エネルギーＥ′１．．．Ｅ′ｊ．．．Ｅ′Ｊを昇順（Ｅ′ｊ＞Ｅ′ｊ＋１）（Ｊ＝７）で示す。較正関数は、
に従って、発生（オカレンス）の数を最大化する。
【0050】
【0051】
ステップ１３０：確率密度の確立
【0052】
以下のように、各放出エネルギーＥ１．．．Ｅｊ．．．ＥＪは、関数ｆｅ
－１の適用により、ランクｘ１．．．ｘｊ．．．ｘＪの対応するチャネルを有する。
【数6】
【0053】
表記ｆｅ
－１（Ｅ′ｊ，β）は、ｆｅ
－１がβに依存することを示す。
【0054】
上述したように、検出されたピークは、特定のスペクトル幅ｗｉを有し、チャネルのランクｋｉに関する不確実性をもたらす。各放出エネルギーＥ′ｊについて、ピークが検出されたチャネルのランクｋｉは、以下のように、所定の確率密度ｇ、例えば、ガウス分布に従う変数であると捉えることができる。
ここで、
‐ｘｊは、放出エネルギーＥｊのピークに関連するチャネルの「真の」ランクである。
‐ｋｉは、検出されたｉ番目のピークに割り当てられたランクである。
【数7】
‐ｘｊは、放出エネルギーＥｊのピークに関連するチャネルの「真の」ランクである。
‐ｋｉは、検出されたｉ番目のピークに割り当てられたランクである。
【0055】
（７）から初めて、次のように書くことができる。
ここで、
‐κは、検出されたピークに対応するチャネルの全てのランクを含むベクトルであるκ＝ｋ１．．．ｋｉ．．．ｋＩ。
‐Ｐ（ｉ，ｊ）は、ランクｋｉのピークが放出エネルギーＥ′ｊに対応する確率である。
‐σは、ベクトル（σ１．．．σｉ．．．σＩ）である。
【数8】
‐κは、検出されたピークに対応するチャネルの全てのランクを含むベクトルであるκ＝ｋ１．．．ｋｉ．．．ｋＩ。
‐Ｐ（ｉ，ｊ）は、ランクｋｉのピークが放出エネルギーＥ′ｊに対応する確率である。
‐σは、ベクトル（σ１．．．σｉ．．．σＩ）である。
【0056】
全ての組み合わせｋｉ，Ｅ′ｊは、同じ確率であると見なされる。したがって、
である。
【数9】
【0057】
ステップ１４０：尤度関数及び最大化関数の確立。
【0058】
（７）、（８）、及び（９）を考慮することにより、次のように書くことができる。
【数10】
【0059】
そこから、以下のように、Ｌ（β｜κ，σ，Ｅ′）で表される、βの尤度関数が導出される。
Ｅ′は、較正に使用される放射性核種の放出エネルギーに相当する：Ｅ′＝Ｅ′１．．．Ｅ′ｊ．．．Ｅ′Ｊ。
【数11】
Ｅ′は、較正に使用される放射性核種の放出エネルギーに相当する：Ｅ′＝Ｅ′１．．．Ｅ′ｊ．．．Ｅ′Ｊ。
【0060】
尤度関数を最大にするパラメータ
のベクトルは、次のように推定できる。
【数12】
【数13】
【0061】
ベクトル
は、Ｅ′とκとの相関の数が最大になるベクトルである。これにより、
に従って発生の最大値が得られる。
【0062】
このようにして得られたベクトル
によって、較正関数ｆｅを定義することができる。
【0063】
【0064】
反対に、エネルギーＥｋは、以下のように、ランクｋのチャネルに対応する。
【数15】
【0065】
数式（１３）は、次のようになる。
【数16】
【0066】
（１６）で表される最適化アルゴリズムは、β０及びβ１の所定の値の近くで実装できるため有利である。これにより、所定の検索範囲内でβ０及びβ１の所定の初期値の周辺に最大化アルゴリズムを利用できる。これにより、β０及びβ１の局所的な最大値の決定に対応する「最適化トラップ」を回避できる。また、これにより、計算時間を最適化できる。検索範囲は、値β０及びβ１の各ペアの周辺で定義される。
【0067】
一般に、較正関数の種類に関わらず、ベクトル
は、最適化アルゴリズムを利用することによって決定されるため有利であり、ベクトル
の離散的な初期値の近くの限定された検索範囲に基づいて、（１６）を解くことができる。この検索範囲は、各初期値の近くに広がる連続的な区間に対応する。
【0068】
限定された検索範囲の定義について、図６に関連して以下に説明する。
【0069】
図６では、Ｘ軸は、各チャネルの標準化されたランクｋ／ｎに対応する。Ｙ軸は、最も高い放出エネルギーＥ′ｊ，ｍａｘによって標準化された放出エネルギーＥ′ｊに対応し、Ｅ′ｊ，ｍａｘ＝Ｅ′４である。放出エネルギーは、それにチャネルが割り当てられたときに、検出される。
【0070】
較正スペクトルにおけるピークの検索によって特定されたチャネルｋｉは、黒い垂直線で表されている。前述したように、エネルギーチャネルは、不確実性ｗｉが割り当てられており、黒い垂直線の両側にある２本の細い垂直線で表されている。標準化された放出エネルギー
は、水平線に対応する。これらは正確な値であり、関連する不確実性はない。
【0071】
関連する不確実性を考慮して、複数の直線が灰色でプロットされており、これは、標準化された放出エネルギー
と検出チャネルｋｉとの間の少なくとも２つの交点を通る。各交点は、相関
に対応する。チャネルのランクを振幅の昇順で並べると、較正関数は必然的に増加するということが考慮されている。したがって、増加関数（β１＞０）に対応し得る直線のみが表わされている。黒で表された直線は、交点の最大数を示す直線であり、この場合、（Ｅ′１，ｋ１）、（Ｅ′３，ｋ３）、（Ｅ′４，ｋ４）である。
【0072】
図６は、前述した最適化アルゴリズムを実行するための限定された検索範囲の定義を示している。これは、全単射較正関数の利用により、Ｅ′ｊ（又は
）と、ｆｅ（ｋｉ）との間、反対に、ｋｉとｆｅ
－１（Ｅ′ｊ）との間で発生を生成する較正関数のパラメータの初期値を決定することを含む。換言すると、異なる複数のペアが形成され、各ペアは、放出エネルギーと、検出されたピークに割り当てられたチャネルのランクとを含む。（１６）に記載された最適化アルゴリズムは、較正関数のパラメータのベクトル
の初期値の近くで実行され、そのため、較正関数は、それぞれのエネルギー及びランクが一方のペアと他方のペアとで異なる少なくとも２つのペアについて、換言すると、２つのペア（Ｅ′ｊ；ｋｉ）及び（Ｅ′ｊ′；ｋ′ｉ′）について、Ｅ′ｊ＝ｆｅ（ｋｊ）であることを裏付ける関数であり、
である。
【0073】
【0074】
変形例によれば、ステップ１３０及び１４０は、最も強い放出エネルギーＥ′ｊ及び／又はチャネルｋｉを選択することによって実行され、そのため、ピークの表面が最も高く、又は信号対雑音比が高いと考えられる。これにより、計算時間を最適化することができる。この変形例によれば、放出エネルギーの数及びチャネルの数を数十に制限することができる。例えば、Ｉ＝３０及びＪ＝２０とし得る。より一般的には、この方法は、各ピークの選択基準を考慮することを含む。ステップ１３０及び１４０において処理されるピークは、選択基準を満たすピークである。
【0075】
変形例によれば、ステップ１４０では、一組のパラメータβを構成する１つ又は複数のパラメータの値に関するアプリオリを考慮する。例えば、１つ又は複数のパラメータについて変動範囲が定義される。アプリオリが考慮される各パラメータは、所定の変動範囲内であることが必要である。アプリオリを考慮することにより、最適化アルゴリズムが非現実的なパラメータの値を生成するのを避けることができる。アプリオリは、最適化アルゴリズムを実行するための制約であり、較正関数が単調であるという条件に追加される。
【0076】
実験試験
本発明者らは、２種類の検出器、すなわち、図１に模式的に示すＧｅ（ゲルマニウム）型の検出器と、ＬａＢｒ３（臭化ランタン）型の検出器を用いて、前述した較正方法を実行した。ここで、その較正の結果を報告する。
本発明者らは、２種類の検出器、すなわち、図１に模式的に示すＧｅ（ゲルマニウム）型の検出器と、ＬａＢｒ３（臭化ランタン）型の検出器を用いて、前述した較正方法を実行した。ここで、その較正の結果を報告する。
【0077】
最初の一連の試験では、ゲルマニウム検出器のエネルギー較正を実施した。放射能３５．０４ＫＢｑの１５２Ｅｕの標準的な線源が使用された。較正スペクトルが３時間、取得された。この線源は、検出器から４０ｃmの距離に設置された。スペクトルは、８１９２個のチャネルで取得された。較正関数は、線形関数であると見なした。
【0078】
図７Ａ及び図７Ｂは、ピーク検出アルゴリズムから得られたチャネルを示す。ランク６６００のチャネルを超えて検出されたピークがないことが分かる。図７Ａ及び図７Ｂでは、Ｘ軸はチャネルに対応し、Ｙ軸は、検出されて各チャネルに割り当てられたパルスの数（すなわち、数）に対応する。これは、従来のスペクトル表現である。
【0079】
ピークの検出により、検出されたピークと放出エネルギーとの可能性のあるチャネルの相関の１７９７００個のペアを得ることが可能になった。較正関数が増加関数であるということを考慮することにより、８２６５０個の可能性のあるペアが得られる。これは、Ｊ＝２０（考慮された放出エネルギーの数）及びＩ＝３０（検出されたピークの数）に対応し、増加関数である較正関数に対応する可能性のあるペアの数Ｎｐａｉｒｉｎｇｓは、次の式に等しい。
【数19】
【0080】
【0081】
【0082】
図７Ｇは、前述した図６と同様の表現である。Ｘ軸は、検出されたピークのチャネルのランクと、関連する不確実性に対応する。Ｙ軸は、１５２Ｅｕの放出エネルギー（ｋｅＶ）に対応する。最適値β０及びβ１を考慮した較正関数を利用することにより、検出されたピークのチャネルと放出エネルギーとの相関の数を最大化できる。
【0083】
２回目の一連の試験では、ＬａＢｒ３検出器のエネルギー較正を行った。２２Ｎａ、５７Ｃｏ、６０Ｃｏ及び１３３Ｂａの標準的な線源が使用された。主な放出エネルギーは、２７６.４ｋｅＶ、３０２.８５ｋｅＶ、３５６.０１ｋｅＶ、３８３.８５ｋｅＶ、５１１ｋｅＶ、１１７３.２３ｋｅＶ、１２７４.５４ｋｅＶ、１３３２.４９ｋｅＶであった。スペクトルは、４０９６個のチャネルで取得された。較正関数は、線形関数であると見なした。
【0084】
図８Ａは、ピーク検出アルゴリズムから得られたチャネルを示す。８つのピークが検出され、これは、エネルギー放出の数に対応する。これらのピークの検出は、較正関数が増加関数であるということを考慮することにより、１５６８個のポイントを得ることができた。
【0085】
【0086】
【0087】
図８Ｆは、前述した図７Ｆ及び図６と同様である。Ｘ軸は、検出されたピークのチャネルのランクと、関連する不確実性に対応する。Ｙ軸は、前述した放出エネルギーに対応する。β０及びβ１の値を考慮した較正関数を利用することにより、検出されたピークのチャネルと放出エネルギーとの相関の数を最大化できる。
【0088】
較正関数は、線形関数とは異なるものでもよい。例えば、較正関数は、２以上の次数の多項式とすることができる。
【0089】
本発明について、ガンマ線分光法に関連して説明してきた。本発明は、他の種類の光子又は他の種類の粒子、特に中性子又は荷電粒子の放射線の分光法へ一般化することができる。本発明はまた、非電離光子、例えば、赤外スペクトル範囲の光子、可視スペクトル範囲の光子、又は近紫外スペクトル範囲の光子の検出において実施することができる。
【0090】
本発明は、質量分析に応用可能であることが理解される。この場合、分光検出器は、その振幅が検出器内で相互作用した粒子の質量に依存するパルスを形成するように構成される。較正関数の確立は、質量の異なる既知の複数の粒子を含む較正物体に検出器を曝すことによって行われる。較正関数は、各パルスの振幅と、検出器によって検出された粒子の質量との間の全単射的な関連付けを可能にする。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図7D】
【図7E】
【図7F】
【図7G】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図8E】
【図8F】
【国際調査報告】