(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所与の用途の関連で物体を解析するための方法において、
その方法は、２つの部分で行われる、すなわち、
第１の部分は、
物体を入射する光子放射によって照射するステップと、
計測された透過スペクトルといわれる、物体によって透過されたエネルギーのスペクトルを、透過のために配置された分光検出器を使用して取得するステップと、
計測された透過スペクトルに基づき、物体の少なくとも第１の特性を決定するステップと、
疑惑基準といわれる、少なくとも１つの基準を満たしていること検証するステップであって、その疑惑基準は、所与の用途に関して探し求める材料に対応する第１の特性の値の少なくとも１つの事前に定義された範囲を含み、疑惑基準の検証は、前に決定された前記第１の特性を、前記事前に定義された範囲と比較するステップを含む、検証するステップとを含み、
第２の部分は、疑惑基準が満たされたときだけ実行され、その第２の部分は、
計測された散乱スペクトルといわれる、１°と１５°の間に含まれる散乱角度（θ）で物体によって散乱されたエネルギースペクトルを、散乱のために配置された分光検出器を使用して取得するステップと、
物体の第２の特性を、
計測された透過スペクトルから減衰した入射スペクトル（Ｓｉｎｃ×Ａｔｔ）を推定し、
検出システムの全体的な応答行列（Ａ）を構築し、全体的な応答行列（Ａ）が、散乱のために配置された分光検出器によって検出されたエネルギーと運動量移行の間に関係を確立し、全体的な応答行列（Ａ）が、次式に基づいて構築され、
Ａ＝（ＲＥｄ×Ｓｉｎｃ×Ａｔｔ）・Ｒθ
ここで、Ｒθは、検出システムの較正された角度応答行列であり、ＲＥｄは、散乱のために配置された分光検出器（６）の応答行列であり、ＲＥｔは、透過のために配置された分光検出器（７）の応答行列であり、（Ｓｉｎｃ×Ａｔｔ）は、減衰した入射スペクトルであり、
散乱シグネチャといわれ、物体を表す、関数（ｆ）を、全体的な応答行列（Ａ）および次式ｇ＝Ａ・ｆを用いて、ここで、ｇは、計測された散乱スペクトルのベクトルであり、この散乱シグネチャ（ｆ）は、物体の第２の特性であり、再構築することによって、
計測された散乱スペクトルおよび計測された透過スペクトルの両方から決定するステップと、
物体を構成する材料を識別する目的で、
物体の第２の特性、または
物体の第１および第２の特性の両方、のいずれかをデータベース中に格納された検定材料の特性と比較するステップとを含むことを特徴とする、解析方法。
【請求項２】
第１の特性が、形態、寸法、１つまたは複数の事前に定義されたエネルギーに関する減衰係数または事前に定義されたエネルギー範囲に関する減衰係数、物体を構成する材料の種類についての指標、および実効原子番号から選ばれることを特徴とする、請求項１に記載の解析方法。
【請求項３】
所与の用途の関連で物体を解析するための検出システムであって、
光子放射の源（１）と、
解析する物体の受け入れのためのゾーン（４）と、
光子放射源（１）から見て物体受け入れゾーン（４）の下流にあり、計測された透過スペクトルといわれる、物体によって透過されたエネルギースペクトルを取得するための検出手段（７）、および計測された散乱スペクトルといわれる、１°と１５°の間に含まれる散乱角度θで物体によって散乱されたエネルギースペクトルを取得するための検出手段（６）であって、分光検出器（６）を含む、検出手段（６）と、
コンピュータ処理手段（８）であって、
計測された透過スペクトルに基づき、物体の少なくとも第１の特性を決定するための手段、
物体の第１の特性に関する少なくとも１つの疑惑基準を満たしていることを検証するための手段であって、これらの検証する手段は、前に決定された前記第１の特性を、前記疑惑基準と比較するように構成される、検証するための手段、
計測された散乱スペクトルおよび計測された透過スペクトルの両方に基づき物体の第２の特性を決定するための手段、ならびに
物体を構成する材料を識別する目的で、データベース中に格納された検定材料の特性と、物体の第２の特性、または物体の第１および第２の特性の両方、のいずれかを比較するための手段を含む、コンピュータ処理手段（８）とを含み、
物体の第２の特性を決定するための手段は、
計測された透過スペクトルから減衰した入射スペクトル（Ｓｉｎｃ×Ａｔｔ）を推定し、
検出システムの全体的な応答行列（Ａ）を構築し、全体的な応答行列（Ａ）が、散乱のために配置された分光検出器によって検出されたエネルギーと運動量移行の間に関係を確立し、全体的な応答行列（Ａ）が、次式に基づいて構築され、
Ａ＝（ＲＥｄ×Ｓｉｎｃ×Ａｔｔ）・Ｒθ
ここで、Ｒθは、検出システムの較正された角度応答行列であり、ＲＥｄは、散乱のために配置された分光検出器（６）の応答行列であり、ＲＥｔは、透過のために配置された分光検出器（７）の応答行列であり、（Ｓｉｎｃ×Ａｔｔ）は、減衰した入射スペクトルであり、
散乱シグネチャといわれ、物体を表す、関数（ｆ）を、全体的な応答行列（Ａ）および次式ｇ＝Ａ・ｆを用いて再構築し、ここで、ｇは、計測された散乱スペクトルのベクトルであり、この散乱シグネチャ（ｆ）は、上で定義された物体の第２の特性である、検出システム。
【請求項４】
分光検出器（６）が、散乱のために配置され、
検出手段が、透過のために配置された別の分光検出器（７）をさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載の検出システム。
【請求項５】
検出手段が、計測された透過スペクトルを取得するために、透過のための位置に、散乱のための分光検出器（６）を位置付けるための位置付け手段をさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載の検出システム。
【請求項６】
第１の特性が、形態、寸法、１つまたは複数のエネルギーに関する減衰係数または事前に定義されたエネルギー範囲に関する減衰係数、物体を構成する材料の種類についての指標、実効原子番号から選ばれることを特徴とする、請求項３から５のいずれか一項に記載の検出システム。
【請求項７】
散乱のために配置された分光検出器（６）が、１°と５°の間に含まれる散乱角度θを形成するように構成されることを特徴とする、請求項３から６のいずれか一項に記載の検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回折法によって物体を解析する方法、および関連する検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
回折法は、Ｘまたはガンマ型の電磁放射の源を使用する材料または物体の照射に、およびその後の小角度での弾性散乱からの放射の解析に関する。表現「小角度での弾性散乱からの放射」は、材料または物体上に入射する放射の方向に対して１５°より小さい角度で、または１０°よりさえ小さい角度で材料または物体によってコヒーレントに散乱される放射を指し示す。実際のところ、１０°を超えた弾性散乱またはレイリー散乱は、次第に無視できるようになる。もっとも激しい爆発物、または多数の危険なまたは違法な構造物など、ある結晶質物質を検出するために回折法を使用することが知られている。
【０００３】
それゆえ、本発明は、安全保障の分野で、より具体的には手荷物品中の爆発性材料の検出の分野で用途を見出している。
【０００４】
また、これは、医療分野で、たとえば乳房中の腫瘍を位置決めるために役立つ。より具体的には、ＵＣＬによる公表文献（Ｐａｎｉ，  Ｓ．他著の「Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｂｒｅａｓｔ  ｔｉｓｓｕｅ  ｕｓｉｎｇ  ｅｎｅｒｇｙ−ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  ｃｏｍｐｕｔｅｄ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ」、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｒａｄｉａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｉｓｏｔｏｐｅｓ  ６８、Ｎｏ．１０（２０１０）：１９８０−１９８７）では、乳房生検からの生物組織の物体（脂肪組織、線維性組織、良性腫瘍、線維腺腫、癌腫など）を、これらの組織の散乱計測のおかげで区別する可能性を示すことができている。
【０００５】
材料によって小角度で散乱された放射の解析は、材料の構造についての情報をもたらし、それによってより良好に材料を特徴付けることができるようにする物理化学的な解析の方法である（用語「回折された（ｄｉｆｆｒａｃｔｅｄ）」は、結晶質材料に対して一般に使用され、一方用語「散乱された（ｓｃａｔｔｅｒｅｄ）」は、アモルファス材料について一般に使用されているが、しかしこれらの２つの用語は、ここでは置き換え可能に使用され、散乱および回折の用語に関しても同様であることに留意すべきである）。
【０００６】
小角度で散乱された放射のスペクトルまたは散乱スペクトルの解析によって、調べる材料に関するシグネチャを見出すことが可能になることが知られている。
【０００７】
たとえば結晶質材料に関し、照射するＸ線の波長が面間間隔（数オングストローム）と大きさが同じオーダーであるとき、散乱される光線は、それらのエネルギーおよびそれらの散乱角度に従って建設的な、または破壊的な干渉を生成する。干渉が建設的なものであるのかどうかの条件は、ブラッグの法則（Ｂｒａｇｇ’ｓ  ｌａｗ）によって決定される。結晶質材料に関し、この法則は、次の方程式によって：
【数１】
0006786401.tif 000002
面間間隔、散乱される放射エネルギーおよび散乱角度を関係付ける、ただし：
ｄｈｋｌ：照射される結晶の結晶面の間の面間間隔、
｛ｈｋｌ｝：ミラー指数（Ｍｉｌｌｅｒ  ｉｎｄｉｃｅｓ）、
θ：散乱角度、すなわち解析された、散乱された放射と照射された結晶上に入射したビームの間で形成される角度、
ｈ：プランク定数、
ｃ：光速、
ｎ：干渉の次数である。
【０００８】
次の方程式によって：
【数２】
0006786401.tif 000003
定義される、運動量移行によるブラッグピーク（Ｂｒａｇｇ  ｐｅａｋ）を識別することが可能である。
【０００９】
ｘによって散乱プロフィール（計測される強度）を表現しようとする興味は、様々なペア（λ、θ）について、単一のｘの値（ｎは固定）だけについて強度ピークを計測することができるということによる。例として、添付の図１は、２つの結晶、つまりＴＮＴ（トリニトロトルエン）および塩（ＮａＣｌ）のブラッグピークを示す。
【００１０】
非結晶質材料の場合、小角度での散乱についてのスペクトルは、調べる材料も表す。
【００１１】
結晶質材料に関してブラッグの法則によって決定される干渉の様態で、干渉現象は、液体など、アモルファス材料の原子および／または分子の間でも起こり得、このとき距離の知られている分布が伴う（分子干渉関数：ＭＩＦ（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）で示す）。実際、多くのアモルファス材料は、ナノメートルの距離にわたり規則的配列を有する（表現「短距離秩序」が使用される）。このタイプの秩序は、共有結合およびイオン結合のための強い化学結合によって決定される。この短距離秩序は、分子内および分子間の干渉を引き起こす。添付の図２は、分子干渉関数、すなわち水（Ｈ２Ｏ）に関する正規化ＭＩＦ、過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）に関する正規化ＭＩＦ、アセトン（Ｃ２Ｈ６ＣＯ）に関する正規化ＭＩＦ、および商標名ｐｌｅｘｉｇｌａｓ（（Ｃ５Ｏ２Ｈ８）ｎ）の下で知られている材料の正規化ＭＩＦの例を例示する。
【００１２】
もっとも普通の回折計は、ＡＤＸＲＤ（「Ａｎｇｕｌａｒ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ」の頭字語）といわれている。エネルギーが、単色放射の使用によって固定され、回折された光子の数が角度に従って計測される。これらの装置は非常に正確であるが、それらは、強力な単色源の使用が必要であり、それらがかさばるので撮像に使用することができない。
【００１３】
ごく最近開発された、ＥＤＸＲＤ技法（「Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−Ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ」の頭字語である）によって、これらの困難を軽減することができる。今回、それらは、一定角度で働き、コリメータのセットを使用して多色ビームによって物体を照らし、それによってエネルギー分解分光検出器を用いて回折された光子を計測することにある。次いで、回折ピークが、計測されたスペクトル中のあるエネルギーにおいて現れる。
【００１４】
ＥＤＸＲＤ技法、および分光分析による、より一般的な任意の解析技法は、解析する物体を構成する材料の異なる特性ピークを分離し、かつ識別できるようにするのに十分にエネルギーを分解する分光検出器の利用が必要である。エネルギー分解能が最良の知られている検出器は、ゲルマニウムタイプのものである。しかし、このタイプの検出器は、複雑な、および／または費用のかかる方法によって極めて低温にまで冷却しなければならない（熱電冷却または液体窒素のタンクによる冷却）。また、そのような検出器を用いる解析装置は、たいへんかさばる。
【００１５】
ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅまたはシンチレータ材料を実装する検出器のタイプなど、大気温度で使用することが可能な分光検出器の最近の出現は、ゲルマニウム検出器に対する魅力的な代替手段をもたらしている。正確に言うと、これらの検出器は、コンパクトであって冷却されず、それほど高価でもない。しかし、エネルギー分解能に関するこれらの性能は、かなり良好であるけれども、ゲルマニウム検出器を用いて得られる性能よりいまだに低い。
【００１６】
所与の結晶質またはアモルファスの物質が物体中に含まれているのかどうかを知るために：
イオン化放射の源によって放出される、好ましくは一次コリメータによって平行にされた投射ビームを使用して物体を照射するステップと、
検出装置を使用して回折された放射を検出するステップであって、その検出装置は、
ここでは分光検出器と称される、所与の散乱角度で散乱された放射のエネルギースペクトルを見出すように構成された検出器であって、すなわち検出器は
物体によって散乱された放射と相互作用することが可能であって、物体に面する側で検出面といわれるものを有する検出器材料、および
光子の検出器材料との各相互作用によって解放されたエネルギーを計測し、かつ少なくとも１つのエネルギースペクトルを見出すように構成された分光分析計測手段を含む、検出器、および
検出コリメータといわれ、検出器と関連するコリメータであって、検出器および検出コリメータは、検出軸Ｄが投射ビームの中心軸Ｚと散乱角度θを形成するように配列される、コリメータを含む、検出するステップと、
探し求める物質のエネルギースペクトルと比較することによって計測されたスペクトルまたは複数のスペクトルを解析するステップとが、このように知られている。
【００１７】
一般論として、エネルギースペクトルは、解放されたエネルギー（ｘ軸に沿った）によって物体中の光子相互作用の数（ｙ軸に沿った）を表すヒストグラムの形態で放射のエネルギー分布を例示する。しばしば、エネルギー軸は、幅が２δＥのチャネル、つまりエネルギーＥｉに中心を置き、Ｅｉ−δＥとＥｉ＋δＥの間に含まれるエネルギーに対応するチャネルＣｉに離散化される。
【００１８】
製作物による材料の識別、次いで散乱スペクトルの解析は、大容積の物体を特徴付けることが望まれたとき、骨が折れる恐れがあることが知られている。より具体的には、この方法は、観測する物体の容積が小さいほど、より一層正確になる。
【００１９】
さらにまた、ＷＯ２００６／０７５２９６から、Ｘ線の多色源と、解析する物体によって散乱された（または回折された）放射および透過された放射を検出するために構成された検出器と、計算ユニットとを含む材料を識別するための装置および方法が知られており、その計算ユニットは：
−  解析する物体中に不審な領域が存在するのかどうかを決定するために、透過された放射からトモグラフィによって物体の画像を再構築し、その透過画像を基準画像と比較するステップと、
−  不審な領域を求めて検出された、散乱された放射の第１の運動量移行に対応する第１の微分有効コヒーレント散乱断面積を決定し、この第１の微分有効断面積を、探し求める材料に対応する第１の値と比較するステップと、
−  不審な領域を求めて検出された、散乱された放射の第２の運動量移行に対応する第２の微分有効コヒーレント散乱断面積を決定し、この第２の微分有効断面積を、探し求める材料に対応する第２の値と比較するステップと、
−  第１および第２の微分有効断面積を足し合せて不審な領域に関する全有効断面積を決定し、その全有効断面積を、探し求める材料に対応する第３の値と比較するステップとを実施するためのものである。
【００２０】
ＷＯ２００６／０７５２９６の方法を実行する長さのために、手荷物中の爆発性または危険な製品を探し求めることなど、ある用途に、この方法は不適合である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】国際公開第２００６／０７５２９６号
【特許文献２】国際公開第２０１２／０００９９３号
【特許文献３】国際公開第２０１１／０６９７４８号
【非特許文献】
【００２２】
【非特許文献１】Ｐａｎｉ，  Ｓ．他著の「Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｂｒｅａｓｔ  ｔｉｓｓｕｅ  ｕｓｉｎｇ  ｅｎｅｒｇｙ−ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  ｃｏｍｐｕｔｅｄ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ」、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｒａｄｉａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｉｓｏｔｏｐｅｓ  ６８、Ｎｏ．１０（２０１０）：１９８０−１９８７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明は、より早くより効果的な、物体を解析する方法を具体的に提供することによって、これらの欠点を軽減することを対象とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
このために、本発明は、２つの部分において行われることを特徴とする、物体を解析するための方法を提供する、すなわち第１の部分は：
入射する光子放射によって物体を照射するステップと、
計測された透過スペクトルといわれる、物体によって透過されたエネルギーのスペクトルを、透過のために配置された分光検出器を使用して取得するステップと、
計測された透過スペクトルに基づき、物体の少なくとも第１の特性を決定するステップと、
物体の第１の特性に関して、物体が考えられる用途に関して不審である可能性がある材料を含むということを表現する、疑惑基準といわれる、少なくとも１つの基準を満たしていることを検証するステップとを含む。それゆえ、たとえば、手荷物中の爆発物を探し求めることなど、安全保障の分野に関する用途の場合、疑惑基準は、物体が危険である可能性がある材料、すなわちその第１の特性が爆発性の材料の特性と同様である材料を含むことを表現する。乳房中の腫瘍を探し求めることなど、医療用途の場合、疑惑基準は、物体が、悪性の可能性がある材料、すなわちその第１の特性ががん組織の特性に近い材料を含むということを表現する。そのように、本発明の簡単な実施形態は、考えられる用途に関して探し求める材料に対応する第１の特性の値を含む値の少なくとも１つの事前に定義された範囲、すなわち物体が、その中では、考えられる用途に関して不審である可能性があると考えられ、かつ物体が、その外側では不審でないと考えられる第１の特性に関する値の範囲を含む疑惑基準を使用することにある。よって、疑惑基準の検証は、物体に関して前に決定された第１の特性を事前に定義された値の範囲と比較するステップを含む。
【００２５】
本発明による方法は、疑惑基準が満たされたときだけ実施される第２の部分を含む。
【００２６】
それゆえ、疑惑基準が満たされなかったとき、物体のための解析方法は、第１の部分の終わりで終了するようになされる：すなわち物体は、解析の過程中に無害なものとして見なされ、移動され、解析する新しい物体と取り替えられる可能性がある（検出システムの物体受け入れゾーンの中で）。
【００２７】
これに反し、疑惑基準が満たされたとき、第２の部分が実施され、その第２の部分は：
１°と１５°の間に含まれる散乱角度θで物体によって散乱された、計測された散乱スペクトルといわれるエネルギースペクトルを、散乱のために配置された分光検出器を使用して取得するステップと、
物体の第２の特性を、
計測された散乱スペクトル、または
計測された散乱スペクトルおよび計測された透過スペクトル、のいずれかから決定するステップと、
物体を構成する材料を識別する目的で、データベース中に格納された検定材料の特性と、
物体の第２の特性を、または
物体の第２の特性だけでなく物体の第１の特性も、比較するステップとを含む。
【００２８】
要約すると、上記で提示した方法の定義は、４つの場合をカバーする、すなわち：
−  第１の場合
第２の特徴（たとえば散乱シグネチャ）は、計測された散乱スペクトルからのみ得られ、次いで透過スペクトルが非不審物体を除外するようにだけ働き（方法の第１の部分中で）、
第２の特性は、材料を識別するためだけに使用され、次いで、たとえば散乱シグネチャ（ブラッグピーク、分子干渉関数）など、それ自体で確実に迅速に材料を識別することを可能にするという意味で、材料の「決定要因シグネチャ」として第２の特性を認定することが可能である、
−  第２の場合
第２の特性（たとえば散乱シグネチャ）が計測された散乱スペクトルから、および計測された透過スペクトルから得られ、次いで計測された透過スペクトルは、一回目は方法の第１の部分中で非不審物体を除外するために、そして二回目は方法の第２の部分中で、たとえば第２の特性を決定する正確さを向上させるように第２の特性を決定するために二度働き、
第２の特性が材料を識別するためだけに使用され、次いで第２の特性は、上記に定義されたように決定要因シグネチャになる、
−  第３の場合
第２の特徴（たとえば運動量移行）が計測された散乱スペクトルからだけで得られ、次いで透過スペクトルは、非不審物体を除外するためだけに働き（方法の第１の部分中で）、
第２の特性（たとえば運動量移行）および第１の特性（たとえば実効原子番号）の両方が材料を識別するために使用される、
−  第２の場合
第２の特性（たとえば散乱シグネチャ自体、またはその散乱スペクトルのあるピーク位置および場合によってはそれらの相対強度）が、計測された散乱スペクトルから、および計測された透過スペクトルから得られ、次いで計測された透過スペクトルは、一回目は方法の第１の部分中で非不審物体を除外するために、二回目は方法の第２の部分中で、たとえば第２の特性が決定される正確さを向上させるように第２の特性を決定するために二度働き、
第２の特性（たとえば散乱スペクトル）および第１の特性（たとえば物体を構成する材料の減衰係数、厚さ）の両方が材料を識別するために使用される。
【００２９】
方法の第１の部分中で透過スペクトルを取得するために、および方法の第２の部分中で散乱スペクトルを取得するために、両方のために１つの同じ分光検出器を使用することが可能であることに留意すべきである。この場合、検出器は、方法の過程中、取得する２つの位置（入射する放射の軸上で透過のための位置／その軸から角度θだけオフセットされた散乱のための位置）の間を移動させるべきである。
【００３０】
変形として、移動するように設けられていない２つの分光検出器を備える、すなわち一方の分光検出器が透過のために配置され、他方の分光検出器が散乱のために配置された検出システムが使用される。
【００３１】
有利にも、本発明によれば、第１の特性は、物体の幾何学的形状に、またはその寸法の１つに、たとえば入射する放射の軸に沿ったその厚さなどに対応することができる。本発明による透過のために配置された検出器が分光検出器であるということによって、上記に挙げたそれら特性に加えて物体の第１の特性として、１つまたは複数の事前に定義されたエネルギーに関する、またはエネルギーの所与の範囲に関する減衰係数の推定、またはたとえば物体を構成する材料の実効原子番号Ｚｅｆｆの推定が可能になる。また、その推定は、物体を構成する材料の種類についての指標になることができる、たとえば：
−  物体を構成する材料が属する材料のファミリであって、次いで方法の第２の部分によって、そのファミリ内で材料のまさに種類が何であるのかを特定し、そのようにして方法の第１の部分によって提示された仮説を洗練することが可能になり、
−  材料の実際の種類についての仮説であって、次いで方法の第２の部分によって、材料の種類についての第１のステップによって提示された仮説を確認することが可能になり、これらの指標は、透過スペクトルの解析から得られる。
【００３２】
実効原子番号Ｚｅｆｆは、材料を特徴付けることができるパラメータの１つである。元素の原子番号は、その元素の原子の原子核中に存在する陽子の数として定義されることを思い出すべきである。他方、化合物を考えるとき、実効原子番号の概念を使用しなければならない。これは、所与のエネルギー帯中の同じ透過スペクトルをもたらすはずの元素の原子番号として定義される。一般に、化合物の実効原子番号は、化合物を構成する単体の原子番号の組み合わせによって得られ、各原子番号は、化合物中の元素の質量または原子を単位とした分数によって決まる重み付け係数が与えられる。それゆえ、実際には、Ｎ個の単独の元素の化合物の実効原子番号Ｚｅｆｆは、
【数３】
0006786401.tif 000004
を実証する、ただし、
【数４】
0006786401.tif 000005
は、元素ｉ＝１、．．．、Ｎの原子番号であり、ｐは、光電効果にリンクされる定数である（ｐ＝４．６２）。
【００３３】
計測された透過スペクトルから第１の特性を決定することの利点は、かかるスペクトルは、散乱スペクトルの取得と比較して、またＷＯ２００６／０７５２９６中で実施されるトモグラフィによる再構築と比較して、必要になる取得および処理の時間が比較的短いということであり、したがって本発明による方法の第１の部分は、材料を正確に識別することができないが、しかし多数の無害な物体を除外することができて、迅速である。方法の第２の部分は、材料をより良好に区別することができるが、しかし散乱スペクトルの取得のためにより長く、不審物体に対してだけ実施される。そのようにして、かなりの時間の節約が達成される。
【００３４】
物体の第２の特性は、少なくとも１つの計測された散乱スペクトルから決定される、たとえば散乱シグネチャと呼ばれる関数であり、それは散乱ピークを表す（結晶質材料に関するブラッグピークまたはアモルファス材料に関する分子干渉関数）。変形として、その第２の特性は、かかる散乱シグネチャから引き出される物理量とすることができる（たとえば結晶質材料に関する面間間隔）。また、物体の第２の特性は、運動量移行とすることができる。
【００３５】
以前に定義したように、この第２の特性は、少なくとも１つの計測された散乱スペクトルから決定される。好ましい実施形態では、それは、方法の第２の部分のときに計測された散乱スペクトルからだけでなく、方法の第１の部分のときに計測された透過スペクトルからも決定される。
【００３６】
材料の散乱シグネチャを再構成するために散乱スペクトルと透過スペクトルを組み合わせた使用は、本発明の例となる実施形態の文脈でより詳細に以下に述べる。この組み合わせによって、物体を構成する材料の識別を向上させることが可能になる。
【００３７】
好ましいバージョンでは、散乱のために配置された分光検出器は、入射する放射の中心軸から、１°と１０°の間に、好ましくは１°と５°の間に含まれる散乱角度θによって形成される検出軸をもたらすように構成される。
【００３８】
好ましい実施形態では、本発明による解析の方法は
散乱のために配置された分光検出器の応答行列を較正する第１の事前ステップと（その較正ステップは、特に検出器の応答が満足であると判断された場合、すなわち使用される検出器のエネルギー分解能が特に良好である場合、省略することができる）、
透過のために配置された検出器が分光検出器であるとき、この検出器の応答行列を較正する第２の事前ステップと（その較正ステップは、特に検出器の応答が満足であると断された場合、すなわち使用される検出器のエネルギー分解能が特に良好である場合、省略することができる）、
検出システムの角度応答行列を較正する第３のステップとを含み、
これらの第１の、第２のおよび第３の事前の較正ステップは、１つの順序で、または別の順序で実施し、その後解析する物体の任意の照射を行うことが可能である、すなわち「オフライン」で実施される。
【００３９】
本発明は、本発明による方法を実施するように設けられた検出システム、具体的には物体の解析のための検出システムをカバーし、その検出システムは：
光子放射の源と、
解析する物体のための受け入れゾーンと、
物体受け入れゾーンの下流にあって、物体によって透過された、計測された透過スペクトルといわれるエネルギースペクトルを取得するための、かつ１°と１５°の間に含まれる散乱角度θで物体によって散乱された、計測された散乱スペクトルといわれるエネルギースペクトルを取得するための検出手段であって、これらの検出手段は分光検出器を含む、検出手段と、
コンピュータ処理手段であって
計測された透過スペクトルに基づき物体の少なくとも第１の特性を決定するための手段、
物体に対して前に決定された、第１の特性に関して、考えられる用途に対して不審である可能性がある材料を含むということを表現する少なくとも１つの疑惑基準を満たしていることを、物体について前に決定された第１の特性を、関心がある用途に関して探し求める材料を囲むように事前に定義された値の範囲と比較することにより、検証するための手段、
計測された散乱スペクトル、または計測された散乱スペクトルおよび計測された透過スペクトルの両方、のいずれかに基づき、物体の第２の特性を決定するための手段、および
物体を構成する材料の識別の目的で、データベース中に格納された検定材料の特性と、第２の特性、または第１および第２の特性のいずれかを比較するための手段を含む、コンピュータ処理手段とを含む。
【００４０】
第１の可能な実施形態によれば、検出手段は、前に定義された分光検出器に加えて、計測された透過スペクトルを取得するために透過のための位置に、および計測された散乱スペクトルを取得するために散乱のための位置に連続的に前記分光検出器を位置付けるための位置付け手段を含む。第２の可能な実施形態によれば、検出手段は、前に定義され、次いで散乱のために配置された分光検出器に加えて、透過のために配置される別の分光検出器を含む。
【００４１】
本発明による検出システムは、好ましくは次の特徴の１つまたは複数をさらに含む、すなわち：
第１の特性は、物体の形状、物体の寸法、物体を構成する材料の厚さ、１つまたは複数の事前に定義されたエネルギーにおける、または事前に定義されたエネルギーの範囲にわたる物体を構成する材料の減衰係数、物体を構成する材料の実効原子番号Ｚｅｆｆ、物体を構成する材料の種類についての指標（材料の種類の第１の推定、それは、方法の第２の部分中で散乱スペクトルを使用して確認されることになる、または材料のファミリの、またはタイプの識別）から選ばれる、
第２の特性は、運動量移行のブラッグピークまたは分子干渉関数を表す散乱シグネチャから選ばれる、
コンピュータ処理手段は、逆問題タイプのアプローチに基づく方法を実施し、かつ検出システムの全体的な応答行列を推定するように構成される、
コンピュータ処理手段は、物体によって減衰された入射スペクトルを、計測された透過スペクトルを使用して推定するように構成される、
コンピュータ処理手段は、推定された減衰した入射スペクトルから、さらにまた検出システムの較正された角度応答行列から、場合によっては散乱のために配置された分光検出器の較正された応答行列から、および場合によっては透過のために配置された分光検出器の較正された応答行列から検出システムの全体的な応答行列を構築するように構成される、
放射源は多色である、
放射源は、Ｘ線の源である、
散乱のために配置された分光検出器は、入射する放射の中心軸から、１°と１０°の間に、好ましくは１°と５°の間に含まれる散乱角度θによって形成される検出軸をもたらすように構成される、
検出システムは、源によって放出された放射を平行にして中心軸Ｚの投射ビームにするために、源コリメータといわれ、光子放射源と物体受け入れゾーンの間に配置された第１のコリメータを含む、
検出システムは、散乱コリメータといわれ、物体受け入れゾーンと散乱のために配置された分光検出器の間に配置された第２のコリメータを含み、その散乱コリメータは、入射中心軸Ｚから散乱角度θによって形成される中心視準軸を有し、その散乱角度θは、好ましくは１°と５°の間に含まれる、
使用される分光検出器または複数の検出器は、直接変換センサを含む、すなわちセンサ上に入射するＸ光子が半導体（たとえばＣｄＴｅ）によって吸収され、電子電荷の雲（通常６０ｋｅＶの１つのＸ光子について１００００電子）を生成する。次いで、これらの電荷は、電極によって収集され、パルスと呼ばれる過渡的な電気信号を形成する。収集が完全な場合、各検出された粒子について計測されたパルスの積分は、半導体中に蓄積されたそのエネルギーに比例する。電子回路によって、この積分を計測することが可能になる。デジタル化の後、同じエネルギーの光子の異なる計測値が合計され、それによって、照射された物体と相互作用したＸ線のスペクトルを再構築することが可能になる。
【００４２】
本発明は、上記および下記で言及する特徴のすべて、またはいくつかによる組み合わせを特徴とする、物体を解析する検出システムおよび方法をカバーする。
【００４３】
本発明の他の細部および利点は、次の記載を読むと明白になるはずであり、その記載は、図式の添付図面を参照し、非限定の例の形態で提示される好ましい実施形態に関する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】ＴＮＴ（トリニトロトルエン）の、および塩（ＮａＣｌ）のブラッグピークを表すグラフであり、そのピークが、正規化された強度（ｙ軸）を、すなわち取得動作中に検出された光子の相対的な数を、検出された光子のｎｍ−１における運動量移行ｘ（ｘ軸）に応じて例示するグラフである。
【図２】水（Ｈ２Ｏ）の正規化された分子干渉関数、過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）の正規化された分子干渉関数、アセトン（Ｃ２Ｈ６ＣＯ）の正規化された分子干渉関数およびｐｌｅｘｉｇｌａｓ（（Ｃ５Ｏ２Ｈ８）ｎ）の正規化された分子干渉関数を、ｙ軸に沿って検出された光子を、およびｘ軸に沿ってｎｍ−１における運動量移行ｘを用いて表すグラフである。
【図３】本発明による検出システムの概略図である。
【図４】図３の検出システムの透過のために配置された分光検出器によって計測された、直径４０ｍｍの水（Ｈ２Ｏ）およびアセトン（Ｃ２Ｈ６ＣＯ）の円筒形試料に関する透過スペクトルを表すグラフである。
【図５】図３の検出システムの散乱のために配置された分光検出器によって計測された、直径４０ｍｍの水（Ｈ２Ｏ）およびアセトン（Ｃ２Ｈ６ＣＯ）の円筒形試料に関する散乱スペクトルを表すグラフである。
【図６】本発明による方法および検出システムに基づき再構築された、直径４０ｍｍの水の円筒形試料の散乱シグネチャ（推定されたＭＩＦ）および直径４０ｍｍのアセトンの円筒形試料のそれを表すグラフである。
【図７】本発明による方法および検出システムに基づき再構築された、直径４０ｍｍの水の円筒形試料の散乱シグネチャ（「再構築されたＭＩＦ」）および直径４０ｍｍのアセトンの円筒形試料のそれを表し、またこれらの試料の理論的な散乱シグネチャ（「理論的なＭＩＦ」）を表すグラフである。
【図８】図３の検出システムの透過のために配置された分光検出器の応答行列を表すグラフである。
【図９】図３の検出システムの散乱のために配置された分光検出器の応答行列を表すグラフである。
【図１０】図３の検出システムの散乱のために配置された分光検出器の角度分布を表すグラフである。
【図１１】図３の検出システムの角度応答行列を表すグラフである。
【図１２】図４の計測された透過スペクトルから本発明によって推定された、直径４０ｍｍのアセトンおよび水の円筒形試料に対して推定された減衰した入射スペクトルを表すグラフである。
【図１３】図３の検出システムの全体的な応答行列の再構築動作を例示する図である。
【図１４】直径４０ｍｍの水の円筒形試料に対する図３の検出システムの全体的な応答行列Ａを表すグラフである。
【図１５】直径４０ｍｍのアセトンの円筒形試料に対する図３の検出システムの全体的な応答行列Ａを表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
図３に例示する本発明による検出システムは：
Ｘ線管など、イオン化放射の多色源１と、
源１からの放射を中心軸Ｚの投射ビームに導くことを可能にする源コリメータ２と、
解析する物体のための受け入れゾーン４と、
視準軸Ｄを有する散乱コリメータ５と、
散乱のために配置された分光検出器６であって、検出器６は、たとえば２．５に等しい（縮尺が合っていないが図３に示す）散乱角度θ（入射軸Ｚと視準および検出の軸Ｄの間の角度）で散乱された放射を検出するように、散乱コリメータ５と関連付けられ、散乱のために配置された分光検出器６は、計測された散乱スペクトル（エネルギーの）を、すなわち方向Ｄで物体によって散乱された放射のエネルギースペクトルを見出すように構成され、分光検出器６は、例では、ＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅを用いた検出器など、半導体材料の検出器である、分光検出器６と、
透過のために配置された分光検出器７であって、それは、計測された透過スペクトル（エネルギーの）を、すなわち方向Ｚで物体によって透過された放射のエネルギースペクトルを見出すように構成され、透過のために配置された分光検出器７は、例では、ＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅを用いた検出器など、半導体材料の検出器である、分光検出器７と、
分光検出器６および７によって供給された計測されたスペクトルを処理するためのコンピュータ処理手段８とを含む。
【００４６】
用語「透過された放射」は、調べる物体中で相互作用を被っていない光子から構成される放射を示す。「透過スペクトル」は、投射ビームの軸に沿って物体に透過された、物体中で相互作用を被っていない光子から構成される放射スペクトルを意味する。表現「透過のために配置された」は、材料によって透過された放射を検出するように構成された検出器を示す。それゆえ、透過のために配置された検出器は、物体に入射する放射の軸上に位置し、物体は、検出器と放射源の間に配置される。
【００４７】
「分光検出器」は、検出された放射のエネルギースペクトルを生成するように構成された検出器を意味する。
【００４８】
本発明による方法は、解析する物体が危険（爆発性、腫瘍など）であるのかどうかを決定することを対象とする。このために、方法は２つの部分で行われる。方法の第１の部分の目的は、物体を構成する材料の正確な識別ではない。この第１の部分は、物体が不審物であるのかどうかを決定する、すなわち物体がより徹底的な解析を実施するのに値するのかどうかを決定することだけを対象とする。それゆえ、この第１の部分によって、無害であるとはっきりと分かる多数の物体についての解析を短縮することができる。
【００４９】
ここに述べる方法は、アセトン（Ｃ２Ｈ６ＣＯ）および水（Ｈ２Ｏ）からそれぞれ構成された直径４０ｍｍの２つの円筒形試料を研究するために、本発明者等によって実施されてきた。
【００５０】
各検査する試料について、方法の第１の部分は、分光検出器７によって供給された、計測された透過スペクトルを利用し、その直接モデルは次の通り：
ｈ＝ＲＥｔ・（Ｓｉｎｃ×Ａｔｔ）
ただし：
【００５１】
ｈ：サイズが（ＮｂＥｊｔ×１）の、計測された透過スペクトルのベクトル。
【００５２】
ＲＥｔ：サイズが（ＮｂＥｊｔ×ＮｂＥｉ）の、透過のために配置された分光検出器の応答行列。完全な検出器の場合、この行列は、対角行列である。行列の各項ＲＥｔ（ｊ、ｉ）は、検出器上に入射する光子がエネルギーｉを有するとき、ｊに等しいエネルギー値を検出する確率を表す。
【００５３】
Ｓｉｎｃ：サイズが（１×ＮｂＥｉ）の、Ｘ線管１の入射スペクトルのベクトル。
【００５４】
Ａｔｔ：サイズが（１×ＮｂＥｉ）の、物体中での減衰効果を考慮した減衰ベクトル。
【００５５】
ベクトル（Ｓｉｎｃ×Ａｔｔ）は、物体によって減衰した放射源のスペクトルを表す。ここで述べる例では、これは、極めて正確なシグネチャを与え、このベクトルは、後で理解されるように、システムの全体的な応答行列Ａの構築で考慮される。
【００５６】
ＮｂＥｊｔおよびＮｂＥｉは、それぞれ計測された透過スペクトルのチャネル数（すなわち透過のために配置された検出器によって検出されたエネルギースペクトルのチャネル数）に、および入射エネルギースペクトルのチャネル数に対応する。
【００５７】
シンボル×は、項別の積に対応する（ＳｉｎｃおよびＡｔｔは、項別に掛け算され、次いで同じサイズのベクトルが得られる）。
【００５８】
シンボル・は、従来の行列積に対応する。
【００５９】
アセトン（Ｃ２Ｈ６ＣＯ）および水（Ｈ２Ｏ）の前述した試料に関して分光検出器７によって計測された透過スペクトルは、図４に見ることができる。
【００６０】
いくつかの特性は、かかる透過スペクトルから引き出すことができる：物体を構成する材料の減衰係数、物体を構成する材料の実効原子番号Ｚｅｆｆ、物体を構成する材料の種類の、またはまさに種類の、および厚さの推定。
【００６１】
材料の実効原子番号Ｚｅｆｆは、たとえば、物体について計測された透過スペクトルを、同じ実験条件下で計測された検定試料（検定材料）のスペクトルと比較し、そして材料の実効原子番号および厚さによるスペクトル変化の物理的モデルを使用する統計的方法によって得ることができる。この技法は、ＣＥＡの名におけるＡｌｅｘｉａ  Ｇｏｒｅｃｋｉによる仏国特許出願第１３６３１７４号に述べられており、引用により本明細書に組み込まれている。
【００６２】
また、透過スペクトルは、調べる材料の種類を推定するために用いることができる。透過スペクトルに基づく材料の種類、さらにまた場合によってはその厚さの推定は、ＣＥＡの名における特許出願ＷＯ２０１２０００９９３またはＷＯ２０１１０６９７４８に述べられており、引用により本明細書に組み込まれている。一度物体のこの特性またはこれらの特性が推定されると、決定がなされる。
【００６３】
検査する物体が不審であると見える場合、すなわち１つまたは複数の疑惑基準が満たされた場合（疑わしい形態、または関心のある用途に従って事前に定義された危険である可能性がある材料の値の臨界範囲に属する原子番号）、材料の散乱スペクトルが取得され、材料をより良好に区別することができるように調査されることになる。この第２の部分は、すべての材料に対して実施されるとは限らない、というのは、高い識別力があるとはいえ、第２の部分は、Ｘ線への露光のために比較的長い時間が必要になるからである。
【００６４】
物体が無害であることに疑いがない場合、方法の第１の部分は、新しい物体に対して実施される。
【００６５】
２つの検査する試料（水およびアセトン）の実効原子番号が、図４のスペクトルに基づき評価されている。次の結果が得られた：
【００６６】
水の試料の場合：推定されたＺｅｆｆ＝７．２１である。理論では、かかる試料は、実効原子番号が理論的にはＺｅｆｆ＝７．２２である。それゆえ、得られた結果は、試料に関する理論的な値に極めて近いことが分かる。
【００６７】
アセトンの試料の場合：推定されたＺｅｆｆ＝６．０５であり、理論的な原子番号Ｚｅｆｆは、理論的に＝６．０３である。
【００６８】
臨界ゾーンがこの用途（爆発物検出）について定義されている。それは、そのＺｅｆｆが６と８．５の間である材料に対応する。言い換えると、疑惑基準を満たしていることを検証するステップは、計測された透過スペクトルに基づき推定された、決定された実効原子番号を値の範囲［６；８．５］と比較するステップからなる。いくつかの不連続な臨界ゾーン（値のいくつかの範囲）は、同じ第１の特性（たとえば原子番号）について定義することができることに留意すべきである。
【００６９】
また、はっきりと異なる特性に関していくつかの疑惑基準を定義することが可能である。この場合、これらの疑惑基準少なくとも１つが満たされたとき、物体が不審物である（それゆえ方法の第２の部分の資格がある）、またはすべての疑惑基準が満たされた場合のみ、物体は不審物である、のいずれかであると考えることができる。
【００７０】
臨界ゾーン中にある、ここで検査する２つの試料（水およびアセトン）は、Ｚｅｆｆを有する、それゆえ、それらは、不審物と考えられ、したがって本発明による方法の第２の部分、すなわち小角度の散乱でのこれらの２つの試料の調査は、実行しなければならない。
【００７１】
方法の第２の部分は、物体を構成する材料が不審物であると考えられているとき、第１の部分に加えて、それを正確に識別することを対象とする。この第２の部分は、たとえば計測された散乱スペクトル（分光検出器６によって提供される）に基づき、前記材料の散乱シグネチャを提供するステップからなり、用語「散乱シグネチャ」は、材料を表し、散乱ピーク（材料の種類、すなわち結晶質またはアモルファスによるブラッグピークまたは分子干渉関数）を示す関数を示す。
【００７２】
２つの試料について検出器６によって計測された散乱スペクトルは、図５に見ることができる。ここで述べる例では、方法の第１の部分の過程中、計測された透過スペクトルと組み合わせて計測された散乱スペクトルをオリジナルな方法で利用することが選ばれている。変形として、ＥＤＸＲＤ中で使用される知られている技法など、別の技法によって図５の計測された散乱スペクトルを利用することが可能である。
【００７３】
ここで選ばれた例では、方法の第２の部分は、材料の散乱シグネチャｆと計測された散乱スペクトルｇの間の関係を記述する次のモデルを使用する：
ｇ＝（ＲＥｄ×Ｓｉｎｃ×Ａｔｔ）・Ｒθ・ｆ＝Ａ・ｆ
ただし：
【００７４】
ｇ：サイズが（ＮｂＥｊｄ×１）の、計測された（コヒーレント）散乱スペクトルのベクトル。
【００７５】
ＲＥｄ：サイズが（ＮｂＥｊｄ×ＮｂＥｉ）の、散乱のために配置された分光検出器の応答行列。完全な検出器の場合、この行列は対角行列である。行列の各項ＲＥｄ（ｊ、ｉ）は、検出器上に入射する放射がｉに等しいエネルギーを有することが知られていると、ｊに等しいエネルギー値を検出する確率を表す。一般に、分光検出器の応答行列は、検出器によって検出されたエネルギーとその検出器上に入射する放射のエネルギーの間に確率的な関係を確立する。ＲＥｄ（ｊ、ｉ）の各列ｉは、ｊが１からＮｂＥｊｄまで変化し、検出器がエネルギーｉの入射する放射を被ったとき検出器によって検出されるエネルギーの確率密度に対応する。
【００７６】
Ｓｉｎｃ：サイズが（１×ＮｂＥｉ）の、Ｘ線管の入射スペクトルのベクトル。
【００７７】
Ａｔｔ：物体中での減衰の効果を考慮した、サイズが（１×ＮｂＥｉ）の減衰ベクトル。角度θの値が小さい、すなわち１５°より小さい、好ましくは１０°より小さい、または５°よりさえ小さいので、２つの検出器（散乱のため、および透過のため）への経路に沿った物体による減衰が同じであると近似することになる。
【００７８】
Ｒθ：サイズが（ＮｂＥｉ×Ｎｂｘ）の、検出システムの角度応答行列。行列Ｒθの各項Ｒθ（ｊ、ｋ）は、エネルギーｊで検出される光子のエネルギーがｋに等しい運動量移行に対応する確率に対応する。言い換えると、Ｒθ（ｊ、ｋ）は、運動量移行ｋがエネルギーｊの光子の検出を生じさせる確率に対応する。Ｒθ（ｊ、ｋ）の各列ｋは、ｊが１からＮｂＥｊｄまで変化し、ｋに等しい運動量移行が存在するとき、検出器によって検出されるエネルギーの確率密度に対応する。より一般的には、角度応答行列Ｒθによって、散乱のために配置された検出器によって検出されるエネルギーと物体を構成する材料の弾性散乱パラメータ、特に運動量移行の間に確率的な関係を確立することができる。
【００７９】
ｆ：物体を構成する材料に固有の、サイズが（１×Ｎｂｘ）の散乱シグネチャ、それによって、結晶質材料の場合、材料の理論的なブラッグピーク、またはアモルファス材料の場合、分子干渉関数のいずれかを記述することが可能になる。
【００８０】
Ａ：サイズが（ＮｂＥｊｄ×Ｎｂｘ）の、散乱のためのシステムの全体的な応答行列。Ａの各項Ａ（ｊ、ｋ）は、エネルギーｊにおいて散乱のための検出器によって検出される光子のエネルギーが、ｋに等しい運動量移行に対応する確率に対応する。言い換えると、Ａ（ｊ、ｋ）は、運動量移行ｋがエネルギーｊにおいて光子の検出を生じさせる確率に対応する。
【００８１】
シンボル×は、項別の積（ＳｉｎｃおよびＡｔｔが、項別に掛け算され、よってサイズが同じベクトルが得られる）による項に対応する。
【００８２】
シンボル・は、従来の行列積に対応する。
【００８３】
ＮｂＥｊｄ、ＮｂＥｉおよびＮｂｘは、それぞれ、計測された散乱スペクトルのチャネル数（言い換えると、散乱のために配置された検出器によって検出されたエネルギースペクトルのチャネル数）に、入射エネルギーのスペクトルのチャネル数に、そして運動量移行を記述するベクトルのチャネル数に対応する。
【００８４】
ベクトルｇの各チャネル中で検出される光子数は、パラメータとしてそのチャネル中の光子の平均数を有するポアソン分布に従うことに留意すべきである。
【００８５】
次いで、本発明による方法は、上記のモデルを使用して、検出システムの全体的な応答行列Ａを構築する動作を含む。このために、項Ｒθおよび（Ｓｉｎｃ×Ａｔｔ）、場合によってＲＥｄは、事前に決定すべきである。
【００８６】
これらのステップのそれぞれは、後で個別に述べる。
【００８７】
散乱のために配置された分光検出器の応答行列ＲＥｄを較正する事前ステップは、必要でないが、しかし有利である、というのは、それは、検出器の応答によるスペクトルの劣化を考慮するからである。しかし、このステップは、特に十分にエネルギーを分解する検出器には、および検出器の応答が満足であると判断されるとき、任意選択である、またはまさに不要である。同じことが、後で使用される、透過のために配置された分光検出器の応答行列ＲＥｔにも当てはまる。
【００８８】
一度全体的な応答行列Ａが前述のモデルを使用して構築されると、本発明による方法は、モデルｇ＝Ａ・ｆ（ただし、そのときＡおよびｇは、知られている）に基づき、逆問題タイプのアプローチに基づく方法を実施することによって、シグネチャｆ（アモルファス材料に対する分子界面関数、多結晶質材料に関するｄｈｋｌの分布）を再構築する。
【００８９】
最大尤度期待値最大化アルゴリズム（ＭＬＥＭ（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ  −  Ｅｘｐｅｃｔａｔｉｏｎ  Ｍａｘｉｍｉｚａｔｉｏｎ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）と示す）が、対数尤度の関数の反復最大化によって計算されるスペクトルを推定するために利用できる。このタイプの計算は、最大尤度を推定することが求められたとき、極めて頻繁に行われ、期待値最大化（ＥＭ（Ｅｘｐｅｃｔａｔｉｏｎ  −  Ｍａｘｉｍｉｚａｔｉｏｎ））と呼ばれる、より一般的なアルゴリズムに依拠する。この方法は、計測されるデータのポアソンのような性質を考慮に入れる利点を有する。
【００９０】
システムの全体的な応答行列Ａの係数はａｉ，ｊによって示される。次元Ｎｂｘの推定されたｆが計測値ｇを生成する確率を最大化することが望まれる。さらに、計測されるデータが、それらの物理的な性質のためにポアソン分布に従うことが知られている。それゆえ、推定されたｆの尤度関数は：
【数５】
0006786401.tif 000006
と書くことができる。
【００９１】
よって、その対数尤度は：
【数６】
0006786401.tif 000007
と表現される。
【００９２】
次に、この関数を最大化することが求められ、その導関数をキャンセルすることによって：
【数７】
0006786401.tif 000008
【００９３】
よって、この問題の繰り返し解は：
【数８】
0006786401.tif 000009
と書かれる。
【００９４】
正の値を用いてベクトル
【数９】
0006786401.tif 000010
を初期化することによって、非負の結果を得ることが保証される。
【００９５】
それゆえ、Ａの、およびｇの計測値の推定に基づき、ＭＬＥＭアルゴリズムを繰り返すことによってｆを再構築することが可能である。ＭＬＥＭアルゴリズムを１００回繰り返して得られた、検査する水およびアセトンの試料に関するこの再構築の結果を図６に例示する（図６に「再構築されたＦＩＭ」として示す）。
【００９６】
言い換えると、未知物体に対して、透過について、および散乱について実施された計測に基づき、その物体を構成する材料の構造に関する関数を再構築することができる。この関数の値は、行列Ａに表される。
【００９７】
この材料は未知であるので、目的は、それを識別することである。このために、検定材料のセット（たとえば手荷物を解析するための用途の場合、爆発性の、および非爆発性のタイプの、医療解析用途の場合、健全な、および腫瘍状の生物組織タイプの）が使用され、その検定材料の実効原子番号または他の第１の特性、および散乱に関するそのシグネチャ（分子干渉関数またはブラッグピーク）または他の第２の特性が、表にされてデータベース中に格納される、そして次に、本発明による解析方法は、物体について得られた値をデータベースのそれらと比較、解析して、未知物体を識別するステップからなる。
【００９８】
変形として、材料の構造パラメータを得ることを可能にする、いくつかのパラメータが、物体について再構築されたシグネチャから引き出される。たとえば、結晶質材料の場合、得られたシグネチャ中に存在するピーク位置の抽出によって、結晶の面間間隔を得ることが可能になる。
【００９９】
推定されたＺｅｆｆの値を材料のセットに関する理論的なＺｅｆｆの値のベースと比較することによって、さらにまた再構築された分子干渉関数の形態を材料のセットに関する分子干渉関数の形態ベースと比較することによって、解析する２つの試料（水およびアセトン）の種類を識別することが可能である。図７では、解析する２つの試料（水およびアセトン）の再構築された分子干渉関数とそれらの理論的な分子干渉関数を比較することが可能になる。
【０１００】
ここで、システムの全体的な応答行列Ａを構築する動作の様々なステップを述べる。
【０１０１】
物体の任意の解析の前に、言い換えると「オフライン」で、較正動作が実施されて、検出システムのある仕様が決定され、それは、特に使用される検出器に、およびシステムの幾何学形状に依存し、そしてその仕様は、減衰ベクトルと違って、解析する物体に依存しない。これらの仕様は、ＲＥｔ、ＲＥｄ、Ｒθである。次に、それらは、コンピュータ処理手段８中に格納される。
【０１０２】
透過のために配置された分光検出器７の応答行列ＲＥｔは、モンテカルロタスマニア（Ｍｏｎｔｅ−Ｃａｒｌｏ  Ｔａｓｍａｎｉａ）シミュレーションのソフトウェアアプリケーションから得ることができ、それによって、半導体検出器の全検出チェーン（光子相互作用、電荷担体の遷移など）をシミュレーションすることが可能になる。好ましくは、このシミュレーションは、さらにまた、たとえばガンマ源を用いて取得された実験データと比較される。これによって、シミュレーション上で得られるエネルギー分解能を調節することが可能になる。
【０１０３】
図８は、透過のために配置された分光検出器７に対して較正された応答行列ＲＥｔを示す。この行列は、光子の入射エネルギーがＥｉのとき、エネルギーＥｊにおいて光子を検出する確率を定義する。この確率は、グレートーンによって図８に示し（そのスケールは、グラフの右側に移されている）、グラフのｘ軸は、ｋｅＶで表現された入射エネルギーＥｉを表し、ｙ軸は、ｋｅＶで表現された検出されたエネルギーＥｊに対応する。完全な検出器の場合、行列は対角である（それが正方行列である場合）。
【０１０４】
同様に、散乱のために配置された分光検出器６の応答行列ＲＥｄを較正する事前動作が、モンテカルロシミュレーションのソフトウェアアプリケーションを使用するシミュレーションによって、および／または実験によって、「オフライン」で実行される。
【０１０５】
得られた較正された応答行列ＲＥｄを図９に例示する。ここでまた、ｘ軸は、ｋｅＶで入射エネルギーＥｉを表し、ｙ軸は、ｋｅＶで検出されたエネルギーＥｊに対応し、ペア（Ｅｉ、Ｅｊ）の確率は、グレートーンによって表現されている。
【０１０６】
検出システムの角度応答行列Ｒθを較正する事前動作は、やはり「オフライン」で実行される。この角度応答は、２つのファクタによって決まる。第１のファクタは、取得システムの幾何学形状に、より具体的には源コリメータ２の開口に、および散乱コリメータ５の開口に対応する、ただし物体が２つの円錐、すなわち照射円錐および観測円錐の交差部を満たすと仮定されたことを知っているものとする。照射円錐は、物体がその下に源を見る立体角を定め、一方観測円錐は、検出器がその下に物体を見る立体角に対応する。まず第１に、システムの角度分布１Ｄが、シミュレーションに基づき、または較正に基づき、のいずれかで評価される。ｘ（運動量移行）、Ｅ（散乱のために配置された検出器上に入射するエネルギー）およびθ（散乱角度）を結び付ける関係を使用して、Ｅｉ（入射エネルギー）の、およびｘの角度応答関数の行列が、θの角度分布１Ｄ関数に基づき推論される。
【０１０７】
図１０は、散乱コリメータの視準軸Ｄが散乱角度θを２．５°に等しいと定義したとき、散乱システムの角度分布１Ｄの例を示し、角度分布は、散乱のために配置された検出器上に入射する光子の相対量（ｙ軸）を角度での検出角度（ｘ軸）に従って表現する。これは、例である、というのは構成が異なる（具体的にはコリメータの開口の幅および長さ）コリメータの使用は、別のグラフが得られることに繋がるはずであるからである。検出システムの角度応答行列Ｒθは、図１１に見ることができ、そのｘ軸は、ｎｍ−１における運動量移行ｘを表し、一方ｙ軸は、散乱のために配置された検出器上に入射するエネルギーＥをｋｅＶで表し、グレートーンは、入射光子の相対量を表現する。前に述べたように、この行列は、所与のエネルギーで散乱のために配置された検出器上に入射する光子の数と運動量移行の間の確率的な関係を定義する。
【０１０８】
モデルＡ＝（ＲＥｄ×Ｓｉｎｃ×Ａｔｔ）・Ｒθを使用する、検出システムの全体的な応答行列Ａの構築は、物体によって減衰した入射スペクトル（Ｓｉｎｃ×Ａｔｔ）を推定するステップをまだ必要とする。
【０１０９】
有利にも、減衰した入射スペクトルを推定するこのステップは、透過のために配置された分光検出器７によって方法の第１の部分中で計測された透過スペクトルをやはり使用する。この透過スペクトルｈは：
ｈ＝ＲＥｔ・（Ｓｉｎｃ×Ａｔｔ）
と書くことができる。
【０１１０】
言い換えると、本発明のこのバージョンでは、行列Ａの式中の項（Ｓｉｎｃ×Ａｔｔ）は、透過スペクトルｈの式中の項（Ｓｉｎｃ×Ａｔｔ）に等しいと考えられる。本発明者等は、この近似が小角度（１５°より小さい）での散乱には全く容認可能であり、かつ、それによって、５°より小さい散乱角度では優れた分解能の正確なシグネチャｆを得ることができることを示してきた。
【０１１１】
計測された透過スペクトルｈに、および検出器の較正された応答行列ＲＥｔに基づき、（Ｓｉｎｃ×Ａｔｔ）を推定するために、本発明によるシステムは、有利にもＭＬＥＭタイプの技法をやはり使用する。
【０１１２】
図１２は、２つの検査する試料（水およびアセトン）に関して、透過のために配置された分光検出器７上に記録された実験データのＭＬＥＭ反転の後に得られた異なるスペクトル（Ｓｉｎｃ×Ａｔｔ）を示し、そのデータ（計測された透過スペクトル）は、図４に例示されている。
【０１１３】
システムの全体的な応答行列Ａのすべての項が較正されており、次に、例として取り上げる本発明による方法は、式Ａ＝（ＲＥｄ×Ｓｉｎｃ×Ａｔｔ）・Ｒθによってそれらの項を結合するステップからなる。この結合は、図１３に要約されており、参照数字１０が、行毎の掛け算を示し、参照数字１１が、行列の掛け算を示す。得られた全体的な応答行列Ａは、水の試料について図１４に見ることができ、アセトンの試料について図１５に見ることができる。
【０１１４】
本発明は、上記に述べた好ましい実施形態に対して多数の変形の対象になることができる。それゆえ、たとえば、方法の第２の部分は、たとえばＥＤＸＲＤ技法を使用する回折法による従来の解析からなることができる。さらにまた、透過のために配置された検出器は、簡単な積分検出器とすることができ、その場合、疑惑基準を検証する目的で評価された物体の第１の特性は、材料の実効原子番号ではない。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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