(57)【要約】  好ましい実施態様では、核種同定方法は、ピーク・エロージョン過程を通じてスペクトルの連続部分を決定して残存ピークスペクトルをレンダリングするステップと、候補核種を選択するためにユーザによって特定された標準核種ライブラリをフィルタリングするステップと、標準的な最小自乗法を用いて前記標準ライブラリから選択される候補核種の較正及び活性を前記ピークスペクトルに同時に当てはめるステップと、最適化された核種の活性の統計的有意性を計算して、最適化された候補核種のピークスペクトルと、核候補を除算した測定されたピークスペクトルとの形状相関を決定するステップと、十分に有意な活性と、十分な形状相関とを有することが決定された核種の活性を同定及び提供するステップとを含む。【選択図】図１
2008511009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）ピーク・エロージョンを通じてスペクトルの連続部分を決定して、残存するピークスペクトルをレンダリングするステップと、
（ｂ）候補核種を選択するためにユーザによって特定される標準核種ライブラリをフィルタリングするステップと、
（ｃ）前記標準ライブラリから選択された候補核種の較正及び活性を標準的な最小自乗法を用いて同時に当てはめるステップと、
（ｄ）最適化された核種の活性の統計的有意性を計算して、最適化候補核種のピークスペクトルと、各候補を除算した測定ピークスペクトルとの間の形状相関を決定するステップと、
（ｅ）有意性が十分な活性と十分な形状相関とを有することが決定された核種の活性を同定及び提供するステップとを含む、核種同定方法。
【請求項２】
前記ステップ（ｂ）は、ある核種の活性がユーザによって特定された閾値と比べて統計的に有意である場合には、該核種を候補核種に選択することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ステップ（ｃ）は、核種の振幅／活性とエネルギー較正直線の傾き項とのパラメータを当てはめることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
一部のエネルギー較正のドリフトを許容する特定された利得シフト許容度の範囲内に限定された、利得シフトに対応する前記較正直線の傾き項を提供することを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ステップ（ｂ）は、特定された利得シフト許容度で許容される利得シフトの範囲にわたって可能性がある最大活性／振幅を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ステップ（ｂ）は、ユーザが候補核種を指定するために用いられる振幅閾値を特定することを含む、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には核種に関し、より具体的には、新規核種同定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射性核種は、光子放射（Ｘ線及びガンマ線）を別々の特徴的なエネルギーで発する。これらの単一エネルギー発光は放射性核種供給源から飛行して、周囲の物質に部分的又は完全なエネルギー付与をもたらすようなやり方で前記周囲の物質と相互作用を起こす。光子放射測定用装置はセンサー又はデテクタを含む。光子は、前記デテクタにエネルギーの全部又は一部（一部は前記デテクタへの途中で失われるか、一部は相互作用の後で消失する）を付与できる。放射デテクタは前記放射エネルギーを等価の電気信号に変換する。その後これらの電気信号は処理され、フィルタリングされ、増幅され、デジタル化される。典型的な分光システムは各入射（ｉｎｃｏｍｉｎｇ）信号パルスをヒストグラムのカウントとして保存するが、各カウントは対応するパルスの振幅に対応するエネルギーのビン又はチャンネルに保存される。得られるスペクトルはパルス高頻度分布で、形状が測定された放射のエネルギー分布と関係がある。完全なエネルギー付与は前記スペクトルではクランプ又はピークで表される。部分的なエネルギー付与は、より広がりを有する傾向があり、ピークのない連続分布を形成する。異なる放射性核種は独特なエネルギー分布を有する放射を発するので、前記スペクトルの分析が、どの放射性核種が放射供給源を構成するかについての情報を提供できる。
【０００３】
スペクトル分析は、前記スペクトルが適切に解釈できるように、特殊な測定システムの特徴が較正の形で知られ、かつ、記録される必要がある。これらの較正には、エネルギー較正、形状較正、及び効率較正を含む。エネルギー較正は各スペクトルチャンネルでどの範囲のエネルギー（又はパルス高）が収集されるのかを示す。形状較正は、あるエネルギーでのシステムのエネルギー分解能を示す。単一エネルギー放射は、対応するエネルギーで（前記エネルギー較正で特定されるチャンネルで）特徴的な広がり又は形状を有するカウントと、隣接チャンネルにあふれたカウントとの収集を起こす。エネルギー分解能は、単一エネルギー光子供給源が、ピークとして知られる大なり小なりガウス（正規）分布形状のスペクトル（チャンネル又はエネルギー）での広がりがどの程度あるようにみえるかの測定値である。効率較正は、あるエネルギーでスペクトルにおいてみられるカウント数と、そのエネルギー値で前記供給源で生成する対応する放射発光数との間の関係を示す。典型的には、この効率較正は、前記供給源からデテクタへの途中で相互作用を起こさず、該デテクタ以外ではエネルギーを全く失わなかった光子からのカウントだけ（全エネルギー付与だけ）に関する。この典型的の効率較正は、ピーク効率較正として知られている。効率較正は、（主にエネルギー及び形状較正の場合のように）検出システムだけと関係があるのではなく、供給源−デテクタの幾何学的配置関係か、デテクタ内部で全エネルギー付与の確率に影響を与えるいずれかに応じても変化するであろう。
【０００４】
核種同定（ＮＩＤ）アルゴリズムは、放射測定装置の出力に基づいて放射性核種の正体及び量を決定する。この出力は、スペクトル（連続するエネルギービン又はチャンネルにおけるカウントの頻度を示すヒストグラム）と、スペクトルチャンネルのエネルギー範囲を特定する較正（エネルギー較正）、予測される単一エネルギー応答関数を特定する較正（形状較正）及びカウント頻度から発光速度への変換を特定する較正（効率較正）とを含む。ＮＩＤアルゴリズムは、供給される較正により解釈されるスペクトル情報を、参照核種ライブラリによって提供される核種と関連付ける。前記ライブラリに説明される各核種について、提供される情報は、予測される単一エネルギー発光エネルギーと、対応する相対発光速度とを含むのが通常である。前記ＮＩＤアルゴリズムがこの方法の全てを関連づけるやり方は、ユーザによって特定されるパラメータによって制御されるのが通常である。一般に、ピーク相関と、デコンボリューションという、ＮＩＤアルゴリズムを実行するのに使用される２つのパラダイムがある。
【０００５】
ピーク相関は、前記スペクトルにおけるピークの位置を決定し（エネルギーを見つけ）、（カウント頻度に対応する）該ピークの面積を決定するために、前記エレメント較正及び形状較正を利用する。同定は、ライブラリのエネルギーを前記スペクトルに見いだされるピークエネルギーと直接関連付けることによって行われる。ときには最小自乗法が、どのくらいのピーク面積が類似のエネルギーを有する核種に帰属すべきであるかを決定するために用いられる（干渉較正）。幾何学的配置に依存する効率較正が、ピークカウント頻度を予測供給源発光速度に変換し核種活性を定量化するために用いられる。ピーク相関は当業者の間で優占的なパラダイムである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
デコンボリューション（ときにはスペクトルストリッピング又はアンフォールディングともいう。）は、予測される核種エネルギー分布を測定されたスペクトルに当てはめるために、全エネルギー応答関数を用いる。これは、各核種について全エネルギー応答（テンプレート適合）を含むように、形状較正関数が単一エネルギー応答だけを超えて拡張されるか、核種ライブラリが拡張されるかのいずれかを要件とする。測定システムの全エネルギー応答は、核種発光エネルギー、操作条件、供給源−デテクタ幾何学的配置及びカウント頻度を含む多数の変数に依存する。デコンボリューションの長所は、（ピークのデータだけでなく）スペクトルによって提供される利用可能な情報を全て使う点である。短所は、デコンボリューションが核種を正しく同定し定量化するために全エネルギー応答の精度に依存し、結果がピーク相関よりも測定値のばらつきに敏感な場合がある点である。デコンボリューションは、典型的なピーク形状較正よりも困難で手間のかかる工程である、広範な測定システムの全エネルギーにわたる特徴付けをときとして必要とする場合があり、応用範囲がより限定される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明の開示
本発明は、核種を同定する方法を提供し、該方法は、ピーク・エロージョン（ｅｒｏｓｉｏｎ）過程を通してスペクトルの連続部分を決定して、残存ピークスペクトルをレンダリング（ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ）するステップと、候補核種を選択するためにユーザによって特定された標準核種ライブラリをフィルタリングするステップと、前記標準ライブラリから選択される候補核種の較正及び活性を前記ピークスペクトルに標準的な最小自乗法を用いて同時に当てはめるステップと、最適化された核種の活性の統計的有意性を計算して、最適化候補核種のピークスペクトルと、各候補核種のスペクトルを差し引いた測定ピークスペクトルとの間の形状の相関を決定するステップと、十分に有意な活性と十分な形状相関とを有することが決定された核種の活性を同定し提供するステップとを含む。
【０００８】
図面の簡単な説明
本発明及びそのさまざまな局面の理解は添付する図面を参照することによって促進されるが、該図面は例示の目的のためだけに提出されるのであって、本発明の範囲を特定することを意図するものではない。
図１は本発明のアルゴリズムのフロー・シートである。
図２（ａ）−２（ｃ）は、ピーク・エロージョンによって特定され、前記候補理論スペクトルのカイ２乗最小化から最もよく当てはまる連続部分を有する３ｘ３ＮａＩデテクタからの６０Ｃｏ及び低濃縮度ウラン（２３５Ｕ及び２３８Ｕ＋娘核種）スペクトルについてのカウント対エネルギーのグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明のＮＩＤアルゴリズムは、ピーク相関パラダイム又はデコンボリューションパラダイムのいずれにも厳密には準拠しない。一般的には、前記アルゴリズムは、全エネルギー応答関数を必要としないデコンボリューションに最も近い。前記エネルギー較正及び形状較正のみを使って、スペクトルカウントが前記連続スペクトルかピークスペクトルかのいずれかに帰属させられる。次に前記単離されたピークパターンがピーク効率較正のみを用いて核種ライブラリ内で特定されたパターンと当てはめられる。この新規核種同定アルゴリズムは、測定された供給源放射性核種の同定及び定量化につながる、エロージョン、フィルタリング及び同定という一連のステップからなる。
【００１０】
エロージョン
まず、分析はピーク・エロージョン過程を通してスペクトルの連続部分を決定する。ピーク・エロージョンは、ピークスペクトル（ピーク成分のみを含むアレイ）を指定できるように、前記ピークをピーク以外のスペクトル成分（連続スペクトル）から分離する。ピーク・エロージョン過程は、標準的なエネルギー較正及び形状較正のみを必要とし、ピークの位置決め又は分析を伴わない（ピーク・エロージョン過程はピークを単離するバンドパス・フィルターのようなものである）。ピーク・エロージョンアルゴリズムはガンマ−Ｍ（Ｇａｍｍａ−Ｍ）の一体化された準備ステップとして少し異なる実施状態で既に使用されているが、ガンマ−Ｍはキャンベラ・インダストリーズ社（Ｃａｎｂｅｒｒａ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，  Ｉｎｃ．）の公衆利用可能な既存のピーク分析アルゴリズムである。この準備ピーク・エロージョン過程は、Ｇａｍｍａ−Ｍと本発明との間の唯一の共通点である。
【００１１】
フィルタリング
次に残存ピークスペクトルは、ユーザによって特定された標準核種ライブラリからの候補を選択するために用いられる。この核種フィルタリング過程は、どの核種が統計学的に有意な面積又はカウント数を有する場合があるかを決定することによって、どの核種が前記ピークスペクトルで前記ピークスペクトルの連続部分で表される場合があるかを知るためにチェックすることによって行われる。可能性が最大の供給源活性は、前記核種ライブラリ全ての核種ピークエネルギーの周辺の前記ピークスペクトルの振幅をチェックすることによって決定される。あるライブラリ核種について最も可能性の高い供給源活性がユーザによって特定された閾値と比較して統計学的に有意であると考えられる場合には、該核種が候補となる。
【００１２】
フィッティング
前記特定されたライブラリから選択された候補核種は、標準的な最小自乗法（カイ自乗最小化法（Ｃｈｉ−ｓｑｕａｒｅｄ  ｍｉｎｉｍｉｚａｔｉｏｎ））を用いて前記ピークスペクトルに同時に当てはめられる。当てはめられるパラメータは、核種の振幅／活性と、エネルギー較正直線の傾き項（ｓｌｏｐｅ  ｔｅｒｍ）とを含む。前記エネルギー較正直線の傾き項は、利得シフトに対応し、特定された利得シフト許容の範囲内に制限される。（これは一部のエネルギー較正ドリフトを可能にする。）
【００１３】
同定
当てはめられた候補核種のそれぞれについて、当てはめられた活性の統計的有意性は、当てはめ値で固定された利得シフトと、該当てはめによって設定された最大核種チャンネル振幅とを用いて再計算される。その後、前記設定された閾値を超える活性を有するこれらの候補核種が形状相関テストに供される。形状相関とは、前記核種ライブラリ及び較正において定義される理論的核種ピーク形状と、前記当てはめの差異に前記核種に帰属する実際の形状との間の類似性の程度を測定する、パターン適合過程をいう。前記相関は、−１ないし１の間の正規化された尺度で計算される。（−１は鏡像、０は完全に無関係、１は完全なパターン適合を意味する。）十分に有意な活性を有すると判断され、前記予測形状との一致が十分とみられる核種は、同定されたとみなされ、該核種の当てはめられた活性が出力される。
【００１４】
図１は、本発明のアルゴリズムを示す。
要約すると、本発明のアルゴリズムは、標準的なスペクトルと、これに対応する標準的なエネルギー較正、形状較正及び効率較正と、スペクトル領域を核種に帰属させるための標準的な核種ライブラリとを利用する。この領域が統計的に有意であるとされ、その領域の分布がユーザが特定するパラメータと一致する予測形状との類似が十分であるとされる場合には、核種が同定される。厳密にいえば、いかなるピークも前記核種の文脈外で個別に分析されることはないので、アルゴリズムはピーク相関パラダイムから逸脱する。また、前記分析は、主にピーク応答関数に限定されるので、標準的なデコンボリューションパラダイムとは異なり、正確な全エネルギー応答関数に頼ることに内在するばらつき及び制約を伴う問題は回避される。
【実施例１】
【００１５】
エロージョン
ピークのエロージョンは、スペクトルのスムージングを行う反復的な過程であって、該過程はピーク形状較正の関数である。目的は、スペクトルのピークの特徴をピーク以外の領域（連続部分）から信頼できるように分離することである。ユーザはこの過程をエロージョン幅パラメータを特定することによって制御する。図２（ａ）は、連続部分が推奨デフォルト値である０．７に設定されたエロージョン幅を有するピーク・エロージョンによって特定される、３ｘ３ＮａＩデテクタからの６０Ｃｏ及び低濃縮度ウラン（２３５Ｕ及び２３８Ｕ＋娘核種）のスペクトルを示す。
【００１６】
フィルター
ピークスペクトル（スペクトルから連続部分を減算したもの）が特定されると、核種ライブラリをフィルタリングするステップが当てはめる必要がある、見込みのある核種の範囲が狭まる。核種ピークエネルギー及び前記ライブラリからの豊富さと、効率較正からのそれぞれの効率とに基づいて、相対的なピーク高及びピーク位置が特定される。各核種の可能な振幅は統計的に有意な振幅（臨界レベル、Ｌｃ）とみなされるものに対する比として計算され判断される。この臨界比は、エネルギー較正の傾きの不正確さを許容するため、利得シフト許容率（％  Ｇａｉｎ  Ｓｈｉｆｔ  Ｔｏｌｅｒａｎｃｅ）によって特定される利得シフトの範囲にわたって決定される。本実施例では、ライブラリには（国土保安目的及びＡＮＳＩ（米国規格協会）テスト用のデフォルトである）２６種類の核種があった。本実施例で用いられるデフォルトの利得シフト許容率は５％に設定された。計算されたフィルターの臨界比は０．１１から２９．００までの範囲であった。ユーザは、次の分析ステップで候補核種を指定するのに使用される臨界比限度（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｒａｔｉｏ  Ｌｉｍｉｔ）を特定する。この場合では、臨界比限度はデフォルト値５に設定された。本実施例では、臨界比が５を超える核種は、５７Ｃｏ（５．２０）、６０Ｃｏ（２９．００）、１３３Ｘｅ（１２．９５）、２０１Ｔｌ（９．４８）、２０４Ｔｌ（９．４８）、２３５Ｕ（７．６３）、２３８Ｕ＋娘核種（２５．１９）、及び２４１Ａｍ（７．８５）であった。これら８種類の核種のうち上位７種類の候補だけが選択されたため、５７Ｃｏは候補核種として指定されなかった。これは、追加のフィルタリング基準がデフォルト値７に設定される核種パラメータの最大数だからである。このパラメータは、スピードをあげるために分析を制限するために用いられ、前記デフォルト値は、約１−３種類の核種を有するスペクトルと、２０−３０種類の核種のライブラリとについては通常は良好である。
【００１７】
当てはめ
次に、前記７種類の候補核種の活性／振幅と、利得シフト（エネルギー較正直線の傾き）とは、その値を最適化するために反復して調整された。最適化はカイ２（最小自乗）値か、ピークスペクトルと候補核種の理論的スペクトルの和との間の差かを最小化することによって達成される。核種の理論的スペクトルは、提供されるエネルギー較正、形状較正及び効率較正によって解釈されるライブラリ情報を用いて構築される。図２（ｂ）及び２（ｃ）は前記候補を当てはめた結果を示す。この当てはめの結果、０．４６％に設定される利得シフトと、６０Ｃｏ（２８６．６４）、１３３Ｘｅ（０）、２０１Ｔｌ（０）、２０４Ｔｌ（０）、２３５Ｕ（１１３．６１）、２３８Ｕ＋娘核種（８１９．３５）及び２４１Ａｍ（３５．４７）に設定される前記候補の全カウント頻度とが得られた。
【００１８】
同定
利得シフト及び振幅が最適化された数値に設定された状態で、臨界比が前記候補のそれぞれについて再度決定された。本実施例での結果は、６０Ｃｏ（２３．３７）、１３３Ｘｅ（０）、２０１Ｔｌ（０）、２０４Ｔｌ（０）、２３５Ｕ（８．８７）、２３８Ｕ＋娘核種（４３．８２）及び２４１Ａｍ（５．６８）である。臨界比限度５が再度用いられて、残る候補を６０Ｃｏ、２３５Ｕ、２３８Ｕ＋娘核種及び２４１Ａｍだけにする。同定されたとみなされるための最後の、そして最も識別力のある関門は相関テストである。相関テストは、他の当てはめられた核種からの寄与を除算して、残る核種それぞれの形状をピークスペクトルと比較することによって実行される。関心のある候補に帰属されるこの残存ピークスペクトルは、理論的核種ピークスペクトルとの正規化相互相関を行う。この統計的パターンマッチング過程は、核候補についての相関値を生成し、該相関値は、−１（鏡像、分光学的に有意性なし）と、１（完全同一パターン）との間の範囲の場合があり、数値０は統計的類似性がないことを意味する。本実施例の結果は、６０Ｃｏ（０．９８）、２３５Ｕ（０．８５）、２３８Ｕ＋娘核種（０．９２）及び２４１Ａｍ（０．２３）である。本実施例において特定される相関閾値（Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）は、デフォルト値０．８０で、６０Ｃｏ、２３５Ｕ及び２３８Ｕ＋娘核種を適切に同定する結果になった。全て、予測及び理論的ピークパターンと十分に適合する当てはめ形状を有する有意な領域を有する。
【００１９】
したがって、以上の説明は効率的に達成されることがわかるであろう。本発明の範囲から逸脱することなくある程度の変化を上記の構成及び／又は方法について行ってもかまわないため、上記の説明に含まれ、あるいは、添付する図面に示される全ての事項は、例示的なものとしてのみ解釈されるべきであって、限定的な意味に解釈されるべきではないことが意図される。
【００２０】
添付する請求の範囲は本明細書に説明される本発明の全ての一般的及び特殊な特徴をカバーすることが意図され、文言の問題としての本発明の範囲の表明の全てはこれらの間に含まれるといわれる場合がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のアルゴリズムのフロー・シート。
【図２】ピーク・エロージョンによって特定され、前記候補理論スペクトルのカイ２乗最小化から最もよく当てはまる連続部分を有する３ｘ３ＮａＩデテクタからの６０Ｃｏ及び低濃縮度ウラン（２３５Ｕ及び２３８Ｕ＋娘核種）スペクトルについてのカウント対エネルギーのグラフ。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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