(57)【要約】  本発明は、1種または複数種の放射を測定するための検出器モジュールであって、検出ユニットと、アナログ-デジタル変換器と、放射信号を較正し、安定化し、線形化する方法を実施する情報処理デバイスと、通信ネットワークインターフェースとを備え、それにより、情報処理デバイスが、較正し、安定化し、線形化し、デジタル化した放射信号を、通信ネットワークインターフェースを介して分析デバイスに伝送する方法を実施する、検出器モジュールに関する。さらに、本発明は、検出器モジュールによってもたらされるデジタルデータを分析するための分析デバイスに関する。少なくとも1つの検出器モジュールおよび分析デバイスを使用して、検出器モジュールの(無線)ネットワークを形成することができる。
2011528116.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
1種または複数種の放射、特にX線放射、ガンマ線放射、または核粒子放射を測定するための検出器モジュールであって、
シンチレーション検出器(10)、および前記シンチレーション検出器によって発生した光の強度と既知の関係をもつ電子パルスをもたらす光検出器(20)からなる検出ユニットと、
前記光検出器に結合され、前記光検出器の前記アナログ出力信号をデジタル化放射信号に変換するアナログ-デジタル変換器(ADC)(50)と、
前記ADCに結合され、前記デジタル化放射信号を較正し、安定化し、線形化する方法を実施する情報処理デバイス(40)と、
通信ネットワークインターフェース(30a)と
を備え、
前記情報処理デバイスがさらに、前記較正し、安定化し、線形化し、デジタル化した放射信号を、前記通信ネットワークインターフェースを介して分析デバイスに伝送する方法を実施する
検出器モジュール。
【請求項２】
前記情報処理デバイス(40)が、デジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、プログラマブルロジックデバイス(PLD)、およびマイクロコントローラのうち少なくとも1つを備える、請求項1に記載の検出器モジュール。
【請求項３】
前記情報処理デバイス(40)が、前記デジタル化し、較正し、安定化し、線形化した放射信号を格納するためのメモリデバイス(80)を備え、前記デジタル化放射信号を較正し、線形化し、安定化する前記方法が、前記較正し、安定化し、線形化し、デジタル化した放射信号を格納するステップを含む、請求項1に記載の検出器モジュール。
【請求項４】
前記較正し、安定化し、線形化し、デジタル化した放射信号を格納する前記ステップ、および前記較正し、安定化し、線形化し、デジタル化した放射信号を伝送する前記方法が非同期に実施される、請求項3に記載の検出器モジュール。
【請求項５】
前記通信ネットワークインターフェース(30a)が、無線通信インターフェース、例えばWLAN、WiFi、WiMAX、またはブルートゥース、および有線通信インターフェース、例えばイーサネット（登録商標）インターフェースまたはUSBインターフェースのうち少なくとも1つである、請求項1に記載の検出器モジュール。
【請求項６】
前記伝送される、較正し、安定化し、線形化し、デジタル化した放射信号が、一意の検出器識別子を含む、請求項1から5のうちの一項に記載の検出器モジュール。
【請求項７】
好ましくは請求項1から6のうちの一項に記載の検出器モジュールによってもたらされるデジタルデータを分析するための分析デバイスであって、
デジタルデータ、好ましくは、1種または複数種の放射、特にX線放射、ガンマ線放射、または核粒子放射に対応する、較正し、安定化し、線形化し、デジタル化した放射信号を受け取るための通信ネットワークインターフェース(30b)と、
前記受け取ったデジタルデータを用いてエネルギースペクトルを生成するための選別器(70)、好ましくはマルチチャネルアナライザ(MCA)と
を備える、分析デバイス。
【請求項８】
前記MCAが、ソフトウェアまたは特化した集積回路として実装される、請求項7に記載の分析デバイス。
【請求項９】
前記通信ネットワークインターフェース(30b)が、無線通信インターフェース、例えばWLAN、WiMAX、WiFi、またはブルートゥース、および有線通信インターフェース、例えばイーサネット（登録商標）インターフェースまたはUSBインターフェースのうち少なくとも1つである、請求項7に記載の分析デバイス。
【請求項１０】
複数の基準エネルギースペクトルおよび/または生成されたエネルギースペクトルを格納するための格納デバイス(92)をさらに備える、請求項7から9のうちの一項に記載の分析デバイス。
【請求項１１】
前記受け取ったデジタルデータを格納するための格納デバイス(91)をさらに備え、前記受け取ったデジタルデータが一意の検出器識別子を含み、それが、異なる検出器モジュールから受け取ったデジタルデータを区別するために使用される、請求項7から10のうちの一項に記載の分析デバイス。
【請求項１２】
生成されたエネルギースペクトルが少なくとも1つの格納された基準エネルギースペクトルと一致するか否かを判定するために、生成されたエネルギースペクトルを前記格納された基準エネルギースペクトル(テンプレートスペクトル)のうち少なくとも1つと比較する方法を実施する比較器(100)をさらに備え、前記比較する方法が、前記エネルギースペクトルの前記生成に同期して実施される、請求項11に記載の分析デバイス。
【請求項１３】
前記受け取ったデジタルデータから単一の事象を特定する手段をさらに備える、請求項7から12のうちの一項に記載の分析デバイス。
【請求項１４】
1種または複数種の放射、特にX線放射、ガンマ線放射、または核粒子放射を検出するための検出器システムであって、請求項1から6のうちの一項に記載の少なくとも1つの検出器モジュールと、請求項7から13のうちの一項に記載の分析デバイスとを備える検出器システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、1種または複数種の放射、好ましくはX線放射、ガンマ線放射、または核粒子放射を測定するための検出器モジュールであって、シンチレーション検出器、およびシンチレーション検出器によって発生した光の強度と既知の関係をもつ電子パルスをもたらす光検出器からなる検出ユニットと、光検出器に結合され、光検出器のアナログ出力信号をデジタル化放射信号に変換するアナログ-デジタル変換器(ADC)と、ADCに結合され、それによりデジタル化放射信号を較正し、安定化し、線形化する方法を実施する情報処理デバイスとを備える、検出器モジュールに関する。
【０００２】
さらに、本発明は、好ましくは検出器モジュールによってもたらされるデジタルデータを分析するための分析デバイスに関する。さらに、本発明は、1種または複数種の放射、好ましくはγ線放射、X線放射、ガンマ線放射、または核粒子放射を検出するための検出器システムであって、少なくとも1つの検出器モジュールと分析デバイスとを備える検出器システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
検出器モジュールおよび分析デバイスからなる検出器システムは、当技術分野でよく知られている。当技術分野で既知の技法を用いて、電離放射を測定するための小型検出器システムを提供することが可能である。
【０００４】
しかし、既知のシステムには、複数の異なる位置または場所を観測するために複数の検出器システムが必要になるという欠点がある。複数の検出器システムを使用することには、異なる位置の集中制御が不可能である、またはその集中制御に追加の技術装置が必要になるという欠点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
複数の検出器システムを用いた複数の場所の集中監視または観測を可能にするために検出器システムを提供することが、本発明の一目的である。複数の異なる検出器システムを用いて単一の位置または場所を観測できるようにし、それにより測定値の分析が集中化して実施されうる検出器システムを提供することが、本発明の別の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、1種または複数種の放射、特にX線放射、ガンマ線放射、または核粒子放射を検出するための検出器システムであって、少なくとも1つの検出器モジュールと分析デバイスとを備える検出器システムが提供される。
【０００７】
1種または複数種の放射、特にX線放射、ガンマ線放射、または核粒子放射を測定するための検出器モジュールは、シンチレーション検出器、およびシンチレーション検出器によって発生した光の強度と既知の関係をもつ電子パルスをもたらす光検出器からなる検出ユニットと、光検出器に結合され、それにより光検出器のアナログ出力信号をデジタル化放射信号に変換するアナログ-デジタル変換器(ADC)と、ADCに結合され、それによりデジタル化放射信号を較正し、安定化し、線形化する方法を実施する情報処理デバイスと、通信ネットワークインターフェースとを備えることができ、それにより、情報処理デバイスが、較正し、安定化し、線形化し、デジタル化した放射信号を、通信ネットワークインターフェースを介して分析デバイスに伝送することができる。
【０００８】
したがって、検出器モジュールの測定値の分析は、検出器モジュールから遠隔で、例えば集中化して実施することができる。
【０００９】
好ましい一実施形態では、情報処理デバイスが、デジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、プログラマブルロジックデバイス(PLD)、およびマイクロコントローラのうち少なくとも1つを備えることができる。
【００１０】
別の好ましい実施形態では、情報処理デバイスが、デジタル化し、較正し、安定化し、線形化した放射信号を格納するためのメモリデバイスを備えることができる。デジタル化放射信号を較正し、線形化し、安定化する方法は、有利には、較正し、安定化し、線形化し、デジタル化した放射信号を、このメモリデバイス内に格納するステップを含むことができる。放射信号を格納すると、分析デバイスへのデータ伝送が中断された、または正常状態から逸している場合に、データの喪失を防止することができる。分析デバイスへの接続を再度確立するとすぐに、格納された信号を分析デバイスに伝送することができる。
【００１１】
較正し、安定化し、線形化し、デジタル化した放射信号を格納するステップ、および較正し、安定化し、線形化し、デジタル化した放射信号を伝送する方法は、非同期に実施することができる。したがって、検出器モジュールは、たとえ分析デバイスとの通信が少なくとも一時的に利用できなくても、信号を受け取ることができる。
【００１２】
本発明の別の好ましい実施形態では、通信ネットワークインターフェースを、無線通信インターフェース、例えばWLAN、WiFi、WiMAX、またはブルートゥース、および有線通信インターフェース、例えばイーサネット（登録商標）インターフェースまたはUSBインターフェースのうち少なくとも1つとすることができる。
【００１３】
伝送される、較正し、安定化し、線形化し、デジタル化した放射信号は、一意の検出器識別子を含むことができる。したがって、分析デバイスが複数の検出器モジュールの信号を区別することができる。
【００１４】
好ましくは検出器モジュールによって通信ネットワークまたは通信インターフェースを介してもたらされるデジタルデータを分析するための分析デバイスは、デジタルデータ、好ましくは、1種または複数種の放射、特にX線放射、ガンマ線放射、または核粒子放射に対応する、較正し、安定化し、線形化し、デジタル化した放射信号を受け取るための通信ネットワークインターフェースと、受け取ったデジタルデータを用いてエネルギースペクトルを生成するための選別器、好ましくはマルチチャネルアナライザ(MCA)とを備えることができる。データ(すなわちデジタル化放射信号)は、複数の検出器モジュールから受け取ることができる。したがって、分析デバイスは、複数の検出器モジュールから遠隔で動作することができる。さらに、それぞれが検出器モジュールと分析デバイスからなる複数の検出器モジュールを設ける必要なく、検出器モジュールのネットワークを構築することができる。
【００１５】
分析デバイスのMCAは、ソフトウェアまたは特化した集積回路として実装することができる。
【００１６】
さらに、分析デバイスの通信ネットワークインターフェースは、無線通信インターフェース、例えばWLAN、WiFi、WiMAX、またはブルートゥース、および有線通信インターフェース、例えばイーサネット（登録商標）インターフェースまたはUSBインターフェースのうち少なくとも1つとすることができる。
【００１７】
本発明の好ましい一実施形態では、分析デバイスが、複数の基準エネルギースペクトルおよび/または生成されたエネルギースペクトルを格納するための格納デバイスを備えることができる。さらに、基準エネルギースペクトルの組合せを、さらなる基準エネルギースペクトルとして格納することができる。
【００１８】
さらに、分析デバイスは、(1つまたは複数の検出器モジュールによって伝送された)受け取ったデジタルデータを格納するための格納デバイスを備えることができ、それにより、受け取ったデジタルデータが一意の検出器識別子を含み、それが、異なる検出器モジュールから受け取ったデジタルデータを区別するために使用される。受け取ったデータを格納することは、データを別の目的で、例えばリビジョンセーフアーカイブ(revision-safe archiving)のために再度使用すべき場合に必要となりうる。
【００１９】
好ましい一実施形態では、生成されたエネルギースペクトルが少なくとも1つの格納された基準エネルギースペクトルと一致するか否かを判定するために、分析デバイスが、生成されたエネルギースペクトルを格納された基準エネルギースペクトル(テンプレートスペクトル)のうちの少なくとも1つと比較する方法を実施する比較器を備えることができる。比較する方法は、エネルギースペクトルの生成に同期して実施することができる。したがって、エネルギースペクトルと基準スペクトルの比較は、たとえエネルギースペクトルがまだ完全に生成されていなくても開始することができる。したがって、放射信号の擬似実時間検出(quasi-realtime detection)を本発明の検出器システムにより行うことができる。
【００２０】
別の実施形態では、分析デバイスが、受け取ったデジタルデータから単一の事象を特定する手段を備えることができる。
【００２１】
本発明の特定の実施形態を、以下の図に基づいて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】シンチレータ結晶、光電子増倍管、LED、アナログ-デジタル変換器、および情報処理デバイスを備える検出器モジュールの一例示的実施形態を示す図である。
【図２】分析デバイスの一例示的実施形態を示す図である。
【図３】測定されたエネルギースペクトルを複数の基準エネルギースペクトルと比較する一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図1では、検出器モジュールの主要素、すなわち、
a)検出ユニットであって、シンチレーション結晶10、光検出器として働く、光電陰極を有する光電子増倍管20、および検出ユニットを安定化するために使用されるLED25からなる検出ユニット、
b)情報処理デバイス40と、それが結合されたアナログ-デジタル変換器(ADC)50、ならびに
c)通信ネットワークインターフェース30a
を見ることができる。
【００２４】
放射(例えばγ線放射)が、シンチレーション結晶10に入り、そのシンチレーション結晶内に吸収される。放射からの吸収に続く励起状態が、光の放出によって減衰する。次いで、光が光電陰極に誘導され、光電陰極は、光を吸収する結果、電子を放出している。結果として得られる電気信号が、光電子増倍管20内で増幅され、次いで、検出器電子回路(図1には示していない)に転送される。
【００２５】
同時に、LED25が光を放出し、LED25が光電子像倍管20内に取り付けられているときにはその光が光電子増倍管20を通過し、または、図1に示されているように光電子増倍管の外側に取り付けられているときには、その光がシンチレーション結晶10を通過する。放出された光は、光電陰極によって吸収されている。LED25は、好ましくは、パルスモードで作動され、したがって、結果として得られる信号は主として矩形を確実に有する。
【００２６】
検出器モジュールを安定化するために、放射により生じる信号とLEDにより生じる信号を互いに分離しなければならない。これらの信号を分離するために、測定された信号が第1のステップでADC50によってデジタル化される。
【００２７】
デジタル化信号は解析され(例えばパルス波高および/またはパルス波形)、それにより、LEDにより生じるパルスを放射により生じるパルスから分離することが可能になる。
【００２８】
追加のステップでは、必要に応じてデジタル化放射信号を安定化することができる。
【００２９】
さらに、デジタル化放射信号は線形化される。信号をあらゆる検出器モジュール内で独立に線形化することには、後続の信号の処理および/または分析を単純にし、加速させることができるという大きな利点がある。例えば、異なる検出器モジュールから生じる複数の線形化したデジタル化放射信号を、信号のどんな追加の調整もせずに、(例えば分析デバイスによって)容易に追加することができる。さらに、照合すべき放射信号が線形化した形でもたらされる場合、照合プロセスをより効率的に実施することができる。照合プロセスの一例を、以下に図3を参照して示す。
【００３０】
解析、安定化、および線形化は、ADC50に結合された情報処理デバイス40によって実施される。情報処理デバイス40は、信号に一意の識別子を割り当てること、または信号を構造化データ形式に符号化することなど、他のいくつかのタスクを実施することができる。
【００３１】
さらに、情報処理デバイスは、特にデジタル化放射信号を格納するためのメモリデバイス80に結合される。したがって、放射信号の測定を、測定値を分析する後続のステップなしで実施することができる。このために、格納された放射信号と共にタイムスタンプを追加で格納することが有利である。
【００３２】
検出器モジュールは、図1に示すように、情報処理デバイス40の一部でよい通信ネットワークインターフェース30aを有する。較正し、安定化し、デジタル化した放射信号は、通信ネットワークインターフェース30aを介して分析デバイスに伝送される。
【００３３】
別の実施形態では、デジタル化放射信号の生データ(すなわち較正、安定化、および線形化していない放射信号)を、インターフェース30aを介して伝送することができる。したがって、費用のかかる複雑な計算を、伝送されたデータを受け取ったデバイスによって実施することができる。
【００３４】
信号を格納すること、および信号をインターフェースを介して伝送することは、非同期に実施できることを述べておかなければならない。
【００３５】
結果として、本発明の検出器モジュールは、デジタル化し、較正し、安定化し、線形化した放射信号をもたらし、その放射信号は、さらに処理するために通信インターフェースを介して分析デバイスに伝送することができる。
【００３６】
図2は、
a)デジタルデータ、好ましくは、1種または複数種の放射、特にX線放射、ガンマ線放射、または核粒子放射に対応する、較正し、安定化し、線形化し、デジタル化した放射信号を、図1を参照して説明した少なくとも1つの検出器モジュールから受け取るための通信ネットワークインターフェース30bと、
b)受け取ったデジタルデータを用いてエネルギースペクトルを生成するための選別器70、好ましくはマルチチャネルアナライザ(MCA)と、
c)第1のメモリデバイス91および第2のメモリデバイス92と、
d)比較器100と
からなる、本発明の分析デバイスの一例を示す。
【００３７】
検出器モジュールによってインターフェース30aを介して送出されるデータは、分析モジュールのインターフェース30bによって受け取られる。デジタル化データはMCAに転送され、そこで、受け取ったデータに基づくエネルギースペクトルが生成される。さらに、受け取ったデータは、第1のメモリデバイス91内に格納することができる。例えば、リビジョンセーフアーカイブ(revision-safe archiving)が必要となる場合、または受け取ったデータがさらなる分析に必要となる場合に、こうする必要がありうる。
【００３８】
一実施形態では、MCA70が、受け取ったデータを、データがインターフェース30bによってもたらされるようなペースで選別することができない場合に、第1のメモリデバイス91を使用して、受け取ったデータをバッファリングすることができる。
【００３９】
エネルギースペクトルは、その生成と同時に、第2のメモリデバイス92内に格納することができる。エネルギースペクトルは、たとえスペクトルの生成がまだ完了していなくても、メモリデバイス92を用いて格納できることに留意されたい。
【００４０】
本発明の別の実施形態では、受け取ったデータおよび生成された1つまたは複数のエネルギースペクトルの格納に単一のメモリデバイスを使用できることを述べておかなければならない。
【００４１】
分析のために、生成されたエネルギースペクトルは、そのエネルギースペクトルを、既知の、好ましくはしばしば検出されるガンマ崩壊図式の複数の予め定義されたエネルギースペクトル(テンプレートスペクトル)と比較することのできる比較器に転送される。複数のテンプレートスペクトルは、メモリデバイス92(または91)内に格納することができる。比較器100は、格納されたテンプレートスペクトルのうち少なくとも1つを要求し、要求したスペクトルを、MCA70によって転送されたスペクトルと比較する。要求したスペクトルが転送されたスペクトルと一致する場合、分析デバイスは、音声信号などの警報信号を出すことができる。
【００４２】
本発明の別の実施形態では、分析デバイスが、インターフェースデバイス30bを介して、複数の異なる検出器モジュールからデジタルデータを受け取ることができる。デジタルデータが無線で伝送される場合、検出器モジュールの無線ネットワークを、ただ1つの分析デバイスを要求してセットアップすることができる。伝送されたデータが一意の識別子(一意の識別子は例えばメディアアクセス制御(MAC)アドレスとすることができる)を含む場合、そのような識別子により、異なる検出器の異なるデータを分析デバイスが区別できるようになることが有利である。これまでのところ上で述べたように、受け取ったデータは、アーカイブ目的またはバッファリング目的でメモリデバイス91内に格納することができる。
【００４３】
受け取ったデータは全てMCA70に転送され、MCA70は、受け取ったデータをエネルギースペクトルに追加(生成)する。したがって、生成されたエネルギースペクトルは、異なる検出器モジュールの位置およびモジュールの観測領域に応じて、単一の放射源または複数の異なる放射源のスペクトルを表すことができる。各検出器モジュールが、一意の識別子を含むデジタル化データをもたらすため、データをそれぞれの検出器モジュールに割り当てることができ、したがって、どの検出器モジュールがどの放射源を測定したかを特定することができる。検出器システムにさらなる分析機能を追加する際に、これが必要および/または有用となりうる。
【００４４】
図3は、照合プロセスの一例を示す。上述したような効率的な検出器ネットワークを形成するために、放射源が検出器モジュールの観測領域に入る場合に分析デバイスが放射源を自動的に検出できれば有利である。このために、本発明は、テンプレート照合プロセスの使用を教示する。一般に、テンプレート照合プロセスは、測定されたエネルギースペクトルが所定のエネルギースペクトルと一致するかどうかを判定するために、測定されたエネルギースペクトルを所定のエネルギースペクトルと比較するものである。
【００４５】
そのようなプロセスを、ほんの一例として、図3を参照して説明する。第1のステップでは、第1のテンプレートスペクトルTS1が、測定されたスペクトルと比較される。TS1が測定されたスペクトルと一致する場合、プロセスは終了してよく、または、好ましくは、測定されたスペクトルが、一致している第1の基準スペクトルTS1を「減算する」ことによって補正された後に、第2のテンプレートスペクトルTS2を測定されたスペクトルと比較することにより継続してよい。
【００４６】
さらに、照合プロセスを開始する前に、測定されたスペクトルから背景スペクトルを除去することができる。背景スペクトルの除去は、測定されたスペクトルを、背景スペクトルを表すテンプレートスペクトルと照合することによって実施することができる。背景スペクトルは、本発明のシステムを用いて、すなわち検出器モジュールおよび分析デバイスを用いて測定することができる。検出器モジュールによって収集されたデータが、分析モジュールに伝送される。MCA70が、受け取ったデータを選別し、生成されたスペクトルを基準スペクトルとしてメモリデバイス92内に格納する。複数の異なる検出器モジュールが分析デバイスと接続されている場合、異なる背景スペクトル(各モジュールにつき1つの背景スペクトル)を決定して格納することができる。背景スペクトルの決定は、検出器モジュールを開始するとすぐに自動的に実施することができる。さらに、背景スペクトルは、所定の時間内で決定することができる。
【００４７】
したがって、検出器ネットワーク、好ましくは無線検出器ネットワークの構築を可能にし、それによりただ1つの分析デバイスが必要になる、放射を検出するための効率的な検出器システムが提供される。さらに、検出器ネットワーク全体を、人間との任意の対話なしで作動させることができ、すなわち、対象となる放射源が自動的に測定および検出され、関係のない放射源が分析すべきスペクトルから自動的に除去される。
【符号の説明】
【００４８】
10  シンチレーション結晶、シンチレーション検出器
20  光電子増倍管、光検出器
25  LED
30a  通信ネットワークインターフェース
30b  通信ネットワークインターフェース、インターフェースデバイス
40  情報処理デバイス
50  アナログ-デジタル変換器、ADC
70  選別器、MCA
80  メモリデバイス
91  第1のメモリデバイス、格納デバイス
92  第2のメモリデバイス、格納デバイス
100  比較器
TS1  第1のテンプレートスペクトル
TS2  第2のテンプレートスペクトル
【図１】
2011528116.tif 000003
【図２】
2011528116.tif 000004
【図３】
2011528116.tif 000005
【国際調査報告】
2011528116.tif 000006
2011528116.tif 000007
2011528116.tif 000008
2011528116.tif 000009
2011528116.tif 000010