(57)【要約】本発明は、電離放射線検出器による信号出力のオンライン測定と関連した平滑化方法であって前記信号の連続したサンプルに含まれるパルスを検出し、検出したパルスの数Nを計数し、非破壊のフィルタリングを可変的な検出閾値を用いて前記信号に適用し、適応可能な平滑化を前記パルスのために平滑化された計数率を得るために前記信号の変化の状態の関数として非線形処理を用いるフィルタリングされた信号に適用することを備える方法に関する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電離放射線検出器による信号出力のオンライン測定と関連した平滑化方法であって、
-前記信号Eiの連続したサンプルに含まれたパルスを検出し、
検出されたパルスの数Niを計数するステップを備え、
前記方法は、
非破壊のフィルタリングを可変的な検出閾値を用いる前記信号に適用し、
適応可能な平滑化を前記パルスのために平滑化された計数率を得るために前記信号の変動の状態の関数として非線形処理を用いるフィルタリングした信号に適用するステップをさらに備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記検出された信号のサンプルEiのために、一次スタックを基本の時間Δtの間に計数されるパルスの数Ni+mを格納するのに用い、ここで、mは1からNMの間を変化し、NMは前記一次スタックに含まれる多くの値を示し、且つ、
前記二次スタック（１２）が信号サンプルEiのための推定値Sjの級数の収束によって得られる平均値SNM2を含むように、取得時間ajΔtにより標準化される、二次スタック（１２）における数Ni+mの積み重なった合計を格納するステップをさらに備える請求項１の方法。
【請求項３】
NM2でj = 1に対して、平均値Sjが以下の方程式を用いて計算される請求項２の方法。
【数１】
2013519889.tif 000015
【請求項４】
放射能の変化量を検出するために、二次スタック（１２）を走査し、且つ、
各繰り返しｋで、変化量ΔSk=｜Sk - Sk+1｜を確率αとβを考慮して検出された前記信号の最低値に相当する検出閾値SDkと比較し、αは誤った検出のリスクを示し、βは放射能の変化を検出することの失敗のリスクを示すステップをさらに備える請求項１の方法。
【請求項５】
検出閾値SDkが値SkとSk+1の積み重なったポアソン標準偏差の関数であって、以下の方程式によって示され、
【数２】
2013519889.tif 000016
ここで、Qは以下の方程式による確率αとβに依存する前記信号の平滑化を条件づける範囲因子である請求項２の方法。
【数３】
2013519889.tif 000017
【請求項６】
放射性放射線検出器（４）と、
検出された前記信号のための電子調節モジュール（８）と、
前記検出された信号の連続したサンプル（７）に含まれるパルスのためのカウント・モジュール（１０）と、を備え、
前記カウント・モジュールが、
可変的な検出閾値を用いる非破壊のフィルターと、
前記パルスの平滑化した計数率を得るために前記信号の変動の状態の関数として非線形処理を用いる適応可能なスムーザーと、を備えることを特徴とする電離放射線信号のオンライン測定装置。
【請求項７】
基本の時間の間Δtに、前記検出された信号のサンプルEiを計数したパルスの数Ni+mが格納される一次スタック（１１）であって、Ｉが1からNMの間を変化し、NMが前記一次スタックが含む値の数を表す一次スタック（１１）と、
二次スタック（１２）が信号サンプルEiのための推定値Sjの収束によって得られる平均値SNM2を含むように、サンプルEiごとに取得時間により標準化した数Niの積み重なった合計が格納される二次スタック（１２）と、を備える請求項６の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、統計学的に生じた変動の間の放射線束の弱い変動のオンライン検出の分野にある。より詳細には、電離放射線検出器による、信号出力のオンライン測定に関連したスムージング方法に関し、以下のステップを含む：
−  前記信号の連続したサンプルに含まれるパルスの検出、
−  各サンプル対して検出したパルスNiの計数。
【０００２】
本発明は、電離放射線信号のオンライン測定用の装置に関し、以下のステップを含む：
−  放射線検出器、
−  検出した放射線信号を調節する電子モジュール、
−  検出した信号の連続したサンプルに含まれるパルスを計数するモジュール。
【背景技術】
【０００３】
工業的に使用される既知の検出器と、数モードでの操作は、測定したシステムの機能とセンサに固有の物理的なパラメータとして調整された積分定数での、単純な積分によって計数率の推定値を与える。この方法の他の変形は一般的に用いられ、積分をスライドすること（sliding integration）であり、そこにおいて、信号は一定の時間ステップのために一定の積分定数で積分され、このように、積分定数の調整を容易にして、時間内の平均を与える。除外率（例えば指数関数的な）は、どんな感度でも失うことなく意図的に統計の精度を改善するために、遅延の関数として数量が減るように各イベントに重みを適用するかもしれない。
【０００４】
これらの方法は、マイクロコントローラ型のオンボードの計算特性で、利用可能な可能性と比較して非常に破壊的なおよび、原始的である。従って、洗練された方法が、インターパルス・スペースのランダムな変化量の関数としてより適応可能な信号処理を行うために開発された。しかしながら、後の方法は、核の信号の確率的性質を考慮しない。
【０００５】
これらのアプローチによれば、信号はわずかに時間とともに変動するだけであるとみなされる。信号が１つのサンプリングの瞬間から次の間をかなり変化することができる限り、時刻Ｔでの測定が、時間でのT+1で何であるかについて影響を及ぼさないので、これは物理的に真実でない。
【０００６】
マルコフ連鎖を用いたモンテカルロ法によって解析されるベイズ的アプローチに基づく他の洗練された統計的な信号処理方法も、知られている。これらが非常に反復的で、核検出器でそれらを使用することを難しくする高い計算力なしで使うことができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の１つの目的は、オンボードのマイクロコントローラ・コンピュータと関連し、積分方法と関連して非直線性を導入可能な、そして、オンボードの電子機器のリアルタイムの制約に適当な計算時間で核の信号の確率的性質を考慮することができるスムージング方法とスムーザーである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、電離放射線検出器で信号の出力のオンライン測定と関連したスムージング方法を使用して達成され、以下のステップから成る：
-前記信号の連続したサンプルを示すパルスを検出すること、
- 検出されたパルスの数Niを計数すること。
本発明に係る方法は、以下のステップから成る：
- 非破壊的なフィルタリングを可変的な検出閾値を使用する前記信号に適用すること、
- 適応可能なスムージングを前記パルスのために平滑化した計数率を得るために前記信号の変化状態の関数として非線形処理を用いるフィルタリングした信号に適用すること。
【０００９】
この方法は、核測定に内因的な高い統計ノイズにもかかわらず、放射能における小さい変化の検出を可能にする。
【００１０】
好ましい一実施形態において、本発明に係る方法も、以下のステップから成る：
- 検出された信号のサンプルEiに対して、一次スタックをmが1からNMに変化し、NMは前記一次スタックに含まれる多くの値をす基本の時間Δtの間、計数されるパルスの数Ni+mを格納するのに用い、且つ、
- 二次スタックが一連の推定値の収束によって得られる平均値Sjを含むように、取得時間までに標準化した前記二次スタックに、数Ni+mの積み重なった合計を格納する。
【００１１】
望ましくは、NMでのj=1に対して、NMが保存された値の量を表し、Mが一次スタック・メモリ・サイズであり、平均値Sk+MNは以下の方程式Ｉを用いて計算される：
【数１】
2013519889.tif 000003
αjは二次スタックの充填級数を表す。
【００１２】
二次スタックの充填級数αjが必ずしも一定であるというわけではないことに注意すべきである。一定の関数は、統計の精度の増加／低下と時間の精度の増加／低下の間の妥協に関して、２つの連続的な異なる立場の間に信憑性の重みを誘導する。
【００１３】
さらにまた、時間内の非線形の離散化スケールを構築することは、信号のポアソン特性を考慮するとより厳密で、スムージングポテンシャル（非常に大きくなる最大積分範囲）を増加させることができる。時間サンプリング関数は、以下の通りに提案される：
二次スタックで異なる値Sjによって推定される信号サンプルEiを考慮する：
【数２】
2013519889.tif 000004
Ni+m：は、一次スタックにおいて位置mでは計数されたイベントの数。
Δt：一次スタック時間ステップ。
【００１４】
信号Siと関連した標準偏差は、式２で定義される。
【数３】
2013519889.tif 000005
【００１５】
αを時間情報の損失と関連して２つの位置の間の統計の精度の増加の比率と置く：
【数４】
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Δσ(Si)：位置jとj-1の間の値Sの精度の差。
【００１６】
連続スペースの式（３）の解は、値αを与える：
【数５】
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【００１７】
最終的に得られる時間ステップの値は、以下の式（５）に示される：
【数６】
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【００１８】
異なる一実施形態によれば、本発明に係る方法は、以下のステップから成る：
- 放射能変動を検出するために二次スタックをk=1からk=NMに走査し、且つ、
- 各繰り返しkで、変化量ΔSk=｜Sk - Sk+1｜を確率αとβを考慮して検出した信号の変化量で最も低い値に相当する検出閾値SDkと比較し、ここで、αは誤った検出のリスクを示し、βは放射能の変化を検出することの失敗のリスクを示す。
【００１９】
この変形において、検出閾値SDkは、以下の式ＩＩによって示される値SkとSk+1の積み重なるポアソン標準偏差の関数である、：
【数７】
2013519889.tif 000009
ここで、以下の方程式ＩＩＩで述べられるように、Qは確率αとβに依存する信号のスムージングを条件づける範囲因子である：
【数８】
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【００２０】
本発明に係る方法は、電離放射線信号のオンライン測定装置で実装され、以下を含む：
- 放射性放射線検出器、
- 検出された放射性放射線信号のための電子調節モジュール、
- 検出された信号の連続したサンプルを示し、以下を含むことで特徴づけられるパルス・カウント・モジュール：
- 可変的な検出閾値を用いる非破壊のフィルター、
- 前記パルスの平滑化計数率を得るために前記信号の変動の状態の関数として非線形処理を用いる適応可能なスムーザー。
【００２１】
この装置は以下も含む：
-基本の時間Δtの間、検出された信号のサンプルEiを計数したパルスの数Niが格納される一次スタック、ここで、iは1からNMの間を変化し、NMは前記一次スタックが含むことができる値の数を示し、
- 前記二次スタックが信号サンプルEiのために一連の推定値Siの収束によって得られる平均値Sk+NMを含むように、サンプルEiごとに取得時間までに標準化した数Niの積み重なった合計が格納される二次スタック。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
本発明の他の特性と長所は、添付の図面を参照する非制限的な例として、与えられる以下の説明から明白になる：
【図１】本発明に係る電離放射線信号のオンライン測定システムを概略的に示す。
【図２】図１のシステムで一次スタックのための充填工程を概略的に示す。
【図３】図１のシステムで二次スタックのための充填工程を概略的に示す、
【図４】発明に係る方法における平滑化ステップを示すフローチャートである。
【図５】図１のシステムでスムーザーの操作方法を条件づけている範囲因子Qの関数として検出／非検出リスクの変化量を示す曲線を示す。
【図６】範囲因子Qの関数として、図１のシステムのスムーザーの操作範囲を示す。
【図７】一段階に図１のシステムのスムーザーの応答を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、時間で変化する放射性システム２の放射能のオンライン測定装置を示す。この装置は、放射性システム２によって生成される放射性放射線信号６を受けて、電子モジュール８に検出された信号のサンプルEi ７を出力する検出器４から成る。電子モジュール８は連続したサンプルEi１１に含まれるパルスIi９をフィルタリングして、増幅し、カウント・モジュール１０に増幅してフィルタリングされたパルスを出力する。
【００２４】
カウント・モジュール１０は、可変的な検出閾値を用いる非破壊のフィルターと、前記パルスの平滑化された計数率を得るために前記信号の変化の状態の関数として非線形処理を用いる適応可能なスムーザーと、パルス計数率を示す数値NMを含むことができる一次FIFO（第１のIn、第１のOut：First In, First Out）型スタック１１と基本の時間Δtの間、計数されるパルスの数
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の積み重なった合計を含む二次スタック１２とから成る。
【００２５】
本発明に係る方法は、リアルタイムの制約と一致して、非常に微細にスムーズな活性の一時的現象に、活性なポインタpを用いて信号の変化量にスムーザーの適応性によって特徴づけられる。処理時間は一定の活性相の間に加速されて、一時的な活性相の間に遅くなる。各処理の間、図４に関して詳細に後述するように、二次スタック１２で示される位置は活性の変化の方向の方へシフトする。
【００２６】
操作の間、スムーザーはパルスの流れを受けて、基本の時間Δtの間、計数されたパルスの数Ni+mを一次スタックへ出力する。一次スタック１１の充填処置は、図２で示される。
【００２７】
この図２を参照して、検出はステップ２０で中断される。
【００２８】
ステップ２２において、スムーザーは基本の時間Δtの間、計数されるパルスの数Niを一次スタックへ出力する。
【００２９】
検出は、ステップ２４で再開される。
【００３０】
図３で示すように、スムーザーは検出された放射能信号のサンプルEiごとに、パルスNi、Ni+1、・・・、Ni+NMの連続した数の積み重なった合計を行い、そして、取得時間によって標準化した計数率の平滑化した値を二次スタック１２へ出力する。
【００３１】
二次スタック１２は、それから信号サンプルEiの推定値の級数Sjを含む。この級数は、正しいが、あまり正確でない未処理の信号に相当する値Sjから高度に平均化した値SNM2になる値まで収束する。
【００３２】
測定の精度を保証している間、フィルターは精度を改善するためにこの級数の値を選択する。
【００３３】
放射能における変化量を検出するのに用いられるフィルターが核の信号の内因的な特徴に基づいて構成されることに注意すべきである。測定した放射能が安定であり、イベントの発生時間は厳密にポアソン分布に従う、換言すれば、信号の相違はその平均に等しいとき、この信号は自然で確率的である。信号の変動は、この状態に関して積分によって平滑化されてもよい。活性が変化するとき、この状態はもはや尊重されない、そして、信号はもはや積分されるべきではない。
【００３４】
図４は、本発明に係る方法における平滑化ステップを示す流れ図を表す。
【００３５】
ステップ３０は、検出器４による放射信号の新しいサンプルEiの検出を示す。
【００３６】
ステップ３２において、Eiの未処理の信号に相当するパルスの数
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は、計数されて、それから一次スタック１１に格納される（ステップ３４）。
【００３７】
ステップ３６は、一次スタックに格納されたサンプルEiのための連続した数Ni+mの積み重なった合計に入ることによって二次スタック１２を作成することから成る。
【００３８】
ステップ３８において、積み重なった合計は計算され、それから二次スタック１２に格納される。
【００３９】
放射能における変化量を検出するために、二次スタック１２は走査され、そして、変化量ΔSk=｜Sk - Sk+1｜は積み重なった合計Skの繰り返しkごとに計算される（ステップ４０）、そして、確率αとβの中で検出されるように系統的に明言される信号の変化量で最も小さい期待値に相当する検出閾値SDkは、それからステップ４２で計算される。αリスクは誤った検出のリスクに相当する一次リスクであり、βリスクは放射能の変化を検出することの失敗のリスクに相当する一次リスクである。
【００４０】
ステップ４４において、変化量ΔSk=｜Sk - Sk+1｜は閾値SDkと比較される。
【００４１】
この検出閾値は値Sk及びSk+1の積み重なったポアソン標準偏差の関数であって、式ＩＩで示される：
【数９】
2013519889.tif 000013
範囲因子Qは、スムーザーの操作モードを条件づける。それは、方程式ＩＩＩで示すように確率αとβに依存する：
【数１０】
2013519889.tif 000014
【００４２】
ステップ４６において、二次スタック１２で示していた位置kは、実行中のポインタp（以前のサンプルのために得られる位置の記憶）と比較される。
【００４３】
k>pならば、実行中のポインタpと一次スタック１１で記録されるサンプルEiの位置が１つの単位（p=p+1）及び（i=i+1）によって増加する（ステップ４８）。
【００４４】
この場合、送られる応答（ステップ５０）は、二次スタック１２でポインタによって定義される場所の信号の値である。
【００４５】
検出点が実行中のポインタ（k<p）（ステップ５２）の前に位置するまで、操作は繰り返される。この場合、実行中のポインタpと一次スタック１１で記録されるサンプルEiの位置は、１つの単位（p=p-1）及び（i=i-1）によって減少させられる（ステップ５４）。
【００４６】
応答は、それから、リアルタイムに信号処理を保証している間、活性の一時的現象の平滑化をリファインすることができる２つの繰り返しで推定される。
【００４７】
図５は範囲因子Qの関数として標準化された確率α及びβの変化量を示す。
【００４８】
この図５は、フィルターが値Q=0.67のためにバランスが保たれることを示す。低い値は、非検出のリスクと関連して、誤った検出のリスクを増し、スムーザーは、ほとんど不活性である。高い値はフィルターの感度を減らすが、平滑化は増加する。誤った検出のリスクは、Q=2.6から始まり、無視できるようになる。
【００４９】
高い値は平滑化を増加させるが、フィルター性能は減少する。
【００５０】
図６は、異なる振幅、すなわち、わずかなノイズ６０、雑音が多い信号６２、非常に雑音が多い信号６４及びごくわずかなノイズ６４による信号での、４つのシミュレーションされた信号のための精度における増加に関するスムーザーの効率を示す。
【００５１】
この図６は、フィルターの範囲因子が操作範囲Q=0.67からQ=2.6の内であるとき、スムーザーが能率的に信号からノイズを除くことを示す。
【００５２】
曲線６６は、高い計数率でのスムーザーの長所を示す。計数率が高いとき、スムーザーは規定により統計ノイズが非常に低いので、何もしない。この曲線は、Q>2.6のとき、オーバースムージングの破壊的な効果を強調する。
【００５３】
低い計数率のために、スムーザーは精度の有意な獲得を提供する。至適効率は0.67>Q2.6の範囲の中で達成され、計数率と放射能勾配に依存する。４つの操作モードは以下で定義できる：
-  Q=6.7：フィルターは非常に感受性が高く、平滑化は穏やかである。放射能で最少の変化は、ほぼ系統的に検出される。
-  Q=1.6：平滑化は中間である。この値は良好な妥協であり、スムーザーによって提供される精度と正確さは弱い放射能勾配の最小限の低下で有意である。
-  Q=2.6：平滑化は強い。至適増加は信号の精度の上で提供され、しかしながら、フィルターは低い放射能勾配でより感受性が低い。
-  Q>2.6：スムージングは破壊的である。アラームモードは、αに等しい間違った警報の確率でなされる。（例えば、Q>3.3、α=0.1%）。
【００５４】
図７は、ステップに対するスムーザーの応答を概略的に示す。
【００５５】
図７との関係の上で、スムーザーが図７Ｃで示すような基準αとβに関して一定であると考える信号を処理するとき、ポインタは図７Ａで示すように最大の平滑化をする二次スタックでの位置に自然に配置される。
【００５６】
第２部の上で、信号変化量がカウンターメモリーで記録されるとすぐに、フィルターが以前に示されている位置の前に配置される二次スタックでの位置におけるこの有意な変化量を検出する場合、図７Ｂに示すように、ポインタが１つの位置によって後ろにシフトすることが分かる。図７Ｄに示すように、スムーザーは信号の変化（時間による統計精度の損失／精度の増加）に最適に続くために、平滑化の強さを減らす。
【００５７】
図７の第３部を参照して、２つの繰り返しは、ポインタが後方にシフトすると、一次スタックで保存されるサンプルEiのために行われる。信号の変化量がポインタの位置より前に検出される限り、図７Ｇに示すように、過去の信号が忘れられる図７Ｅで示すようなごくわずかな平滑化でしか位置に達しなくなるまで、ポインタは後方にシフトし続ける。
【００５８】
そして、図７の第４部を参照して、フィルターは二次スタックの信号の変化量をもはや検出しない。ポインタは、それから、図７Ｆで示すように、二次スタックで記録されるよりスムージングされた位置へシフトする。ポインタが前方に移動するとき、２つの中の１つのサンプルEiは処理される。統計精度に関する節減は、図７Ｈに示すように、信号の新しい値まで、速い収束を許す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
2013519889.tif 000025
2013519889.tif 000026
2013519889.tif 000027
2013519889.tif 000028
2013519889.tif 000029
2013519889.tif 000030